Разработка энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы и плуга общего назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Разработка энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы и плуга общего назначения

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Бойкова Елена Васильевна

Саратов 2010

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель ?

доктор технических наук, профессор Старцев Сергей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ларюшин Николай Петрович

кандидат технических наук

Афонин Александр Евгеньевич

Ведущая организация ? ГНУ «НИИСХ Юго-Востока».

Защита диссертации состоится 22 декабря 2010 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, д. 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.

Автореферат разослан 19 ноября 2010 г. и размещен на сайте: www. sgau.ru.

Ученый секретарь совета

по защите докторских и

кандидатских диссертаций Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время при производстве продукции растениеводства каждая базововая технология возделывания сельскохозяйственных культур включает в себя основную обработку почвы на глубину 20…30 см. Это может быть рыхление почвы с оборотом почвенного пласта - отваль-ная технология и без оборота почвенного пласта - безотвальная технология.

Основная обработка почвы является самой энергоемкой операцией при производстве продукции сельского хозяйства. На ее долю приходится около половины всех энергоресурсов, используемых в растениеводстве. Вместе с тем качество основной обработки существенно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.

Проведение отвальной вспашки позволяет улучшать плодородие почвы, способствует накоплению и сохранению в ней запасов влаги, снижает засоренность полей. Главным недостатком отвальной технологии является нарушение структуры почвы, которое происходит в результате оборота раскрошенного пахотного слоя.

Безотвальная технология обработки почвы, имея ряд преимуществ в сравнении со вспашкой (высокая производительность агрегатов, сохранение структуры почвы, предотвращение эрозионных процессов), также не лишена недостатков: сложность внесения органических удобрений, высокая вероятность засорения полей, необходимость проведения дополнительных операций по крошению почвы.

Широко применяемые почвообрабатывающие орудия для выполнения основной обработки почвы (плуги общего назначения, плоскорезы-глубокорыхлители, чизельные плуги), как показывают исследования, имеют высокое тяговое сопротивление, низкую производительность, что приводит к значительным энергетическим затратам пахотных агрегатов. Возможности снижения энергозатрат обработки почвы традиционными методами уже не могут обеспечить высокой эффективности её реализации. В связи с этим возникла необходимость в разработке более совершенной технологии основной обработки почвы и создании плугов общего назначения для ее выполнения.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по теме № 4 «Разработка технического обеспечения аграрных технологий», раздел 4.2 «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин для основной обработки почвы», «Региональной программой развития сельского хозяйства Саратовской области до 2012 года» (распоряжение правительства Саратовской области № 260 ПР), а также целевой программой «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Саратовской области на 2008-2012 годы» (закон Саратовской области от 09.11.2007).

Цель работы - снижение энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы за счет разработки плуга общего назначения с комбинированными рабочими органами.

Объект исследований - технологический процесс основной обработки почвы, выполняемый плугом общего назначения с комбинированными рабочими органами.

Предмет исследований - закономерности снижения энергоемкости основной обработки при взаимодействии с обрабатываемым слоем почвы плуга общего назначения с комбинированными рабочими органами.

Методика исследования. Общая методика исследований предусматривала разработку энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы, механико-технологическое обоснование предлагаемого комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения. Теоретические исследования проводили с использованием основных положений классической и земледельческой механики, математики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования осуществляли в лабораторно-полевых и хозяйственных условиях в соответствии с действующими ГОСТами и частными методиками. Обработку результатов экспериментов выполняли с использованием статистических методов с применением ПК.

Научная новизна. Разработан энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы, обоснована конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения. Получены аналитические выражения, позволяющие определять энергоемкость технологического процесса основной обработки почвы, параметры рабочих органов и плуга общего назначения.

Практическая значимость. Разработанный плуг общего назначения с комбинированными рабочими органами, агрегатируемый с тракторами тягового класса 5, снижает себестоимость механизированных работ по сравнению с известным плугом ПНЛ-8-40 на 29,5 %, обеспечивает увеличение часовой производительности на 25,0-28,9 % и снижение энергоёмкости технологического процесса на 28-33 %. При этом показатели качества выполнения технологического процесса соответствуют агротехническим требованиям, предъявляемым к основной обработке почвы.

Разработанный плуг общего назначения был испытан на Поволжской МИС (Самарская область, п. Усть-Кинельский), которая рекомендует поставить его на серийное производство (протокол № 08712008(5010062).

Реализация результатов исследований. Плуг общего назначения с комбинированными рабочими органами использовался для основной обработки почвы на полях ЗАО «Заря - 2004» (Саратовская область, Марксовский район), ООО «Наше дело» (Саратовская область, Энгельсский район) и на полях Поволжского НИИСС (Самарская область, Кинельский район). Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследо-вательскими институтами, конструкторскими бюро и машиностроительными заводами при разработке рабочих органов и плугов общего назначения, а также включить в учебный процесс вузов при изучении дисциплины «Сельскохозяйственные машины».

Апробация. Основные положения диссертационной работы и ее результаты были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на конференции по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова (2003 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова (20072010 гг.), Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (2005, 2007, 2009 гг.), Международной конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству», посвященной 90-летию Самарской ГСХА (2010 г.).

Публикации. По теме диссертации издано 12 работ общим объемом 1,91 печ. л., из них лично соискателю принадлежит 1,02 печ. л. Имеются патенты на полезную модель РФ (№ 93616, № 56108) и на изобретение (№ 2379864). Опубликованы 3 статьи в изданиях, включенных в «Перечень ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ. Остальные работы напечатаны в сборниках научных трудов и сборниках материалов научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и 21 приложения. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 55 рисунков. Список литературы включает в себя 102 наименования, в том числе 2 - на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие научные положения:

· энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы;

· конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения;

· аналитические зависимости для определения энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы, параметров комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и значимость темы.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены существующие почвообрабатывающие орудия для основной обработки почвы и агротехнические требования, предъявляемые к ним. Проведен анализ технологических процессов, выполняемых известными отвальными плугами общего назначения, плоскорезами-глубокорыхлителями и чизельными плугами, оценены результаты их работы, указаны дальнейшие направления их развития.

Развитию исследований в области механизации процессов основной обработки почвы способствовали классические труды основоположника земледельческой механики академика В.П. Горячкина и продолжателей его идей - Н.В. Щучкина, Г.Н. Синеокова, В.В. Кацыгина, И.М. Панова, А.Т. Вагина, П.Н. Бурченко, П.У. Бахтина, Т.С. Мальцева, В.И. Румянцева, В.В. Бледных, А.П. Спирина, А.П. Грибановского, А.С. Кушнарева, В.М. Мацепуро, А.И. Любимова, А.Б. Коганова, В.А. Милюткина и других ученых.

Для выполнения основной отвальной обработки почвы используют плуги общего назначения ПЛН-5-35, ПНЛ-8-40, ПНИ-8-40, для безотвальной обработки - плоскорезы-глубокорыхлители ПГ_3-100; ПГ-3-5; КГН-4-6; ГУН-4; ГР-4,3; ПРГ-5,4 и лемешно-отвальные плуги, укомплектованные стойками СибИМЭ (ЛП-0,35); для чизельной обработки почвы применяют плуги ПЧ-4,5; ПРПВ-8-50. Аналогичные почвообрабатывающие орудия производятся наиболее известными иностранными фирмами Lemken, Кverneland, Eberhard, Kuhn, Naud и др.

В результате анализа технологических процессов основной обработки почвы было установлено, что энергозатраты на выполнение этой операции плоскорезами-глубокорыхлителями на 20-30 % ниже энергоемкости обработки почвы лемешно-отвальными плугами. Лемешно-отвальные плуги общего назначения хорошо заделывают стерню и растительные остатки, но при этом разрушают структуру почвы. Безотвальные орудия сохраняют структуру почвы, однако в этом случае повышается засоренность поля.

Учитывая достоинства отвальной и безотвальной обработок, целесообразно объединить эти технологические процессы.

В соответствии с результатами анализа и поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи:

· разработать энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы;

· теоретически обосновать конструктивно-технологическую схему комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения;

· провести теоретические исследования энергоемкости технологических процессов, выполняемых известным плугом общего назначения и плугом с комбинированными рабочими органами;

· провести экспериментальные исследования разработанного технологического процесса основной обработки почвы, выполняемого плугом общего назначения с комбинированными рабочими органами;

· исследовать эффективность использования предлагаемого плуга в хозяйственных условиях и дать экономическую оценку его применения.

Во втором разделе «Теоретические исследования снижения энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы, обоснование комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения» представлены разработанный энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы, конструктивно-технологические схемы нового рабочего органа и плуга общего назначения, обоснованы основные параметры комбинированного рабочего органа и плуга общего назначения.

Для снижения энергетических показателей технологического процесса основной обработки почвы, при условии соблюдения агротехнических требований, необходима следующая комбинация отвальной и безотвальной обработок (рис. 1).

Рис. 1. Схема комбинации отвальной и безотвальной обработок почвы

Используя схему (см. рис. 1), был разработан энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы

Первоначально (рис. 2, а) производится вырезание пласта почвы сечением aЧb₂ (позиция 1), который затем крошится и перемещается из положения 1 в положение 2 на необработанный пласт почвы (рис. 2, б). При этом происходит образование открытой борозды 3. Одновременно с перемещением пласта производятся вырезание и рыхление пласта 4 (рис. 2, б, в) сечением aЧb₁. Далее разрыхленный пласт 4 перемещается в открытую борозду 3 и занимает положение 5 (см. рис. 2, в). Затем происходят вырезание и крошение пласта почвы 6 сечением aЧb₂, который перемещается с оборачиванием на перемещенный ранее пласт 5 и занимает положение 7 (рис. 2, г). При этом образуется борозда 9 (рис. 2, д). В то же время при перемещении пласта 6 производятся вырезание (рис. 2, е) и рыхление пласта почвы 8 сечением aЧb₁, который перемещается в открытую борозду 9 и занимает положение 10 (см. рис. 2, е). Затем вырезанный и разрыхленный пласт 11 (см. рис. 2, е) перемещается с оборачиванием на перемещенный ранее пласт 10 и занимает положение 12 (рис. 2, ж). При этом образуется борозда 13 (рис. 2, з). Далее технологический процесс обработки почвы повторяется аналогично предыдущим операциям.

Для теоретических исследований и обоснования конструктивно-технологической схемы рабочего органа, выполняющего энергосберегающий технологический процесс, представим технологический процесс, осуществляемый корпусом лемешно-отвального плуга, и технологический процесс, выполняемый стрельчатой лапой плоскореза-глубокорыхлителя, в виде блок-схем (рис. 3). При этом принимаем, что ширина захвата стрельчатой лапы соответствует ширине захвата корпуса лемешно-отвального плуга.

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Блок-схемы технологических процессов: а - основной отвальной обработки почвы; б - основной безотвальной обработки почвы

На рис. 4 представлены различные комбинации блок-схем.

Используя условные обозначения, были рассмотрены различные варианты комбинаций реализации энергосберегающего технологического процесса. В результате было установлено, что технологический процесс (см. рис. 2) реализуется комбинацией блок-схем (рис. 4, г). В этом случае рабочие органы будут расположены по следующей схеме (рис. 5).

Рис. 4. Комбинации блок-схем: а - последовательное расположение; б - параллельное расположение; в - последовательно-параллельное расположение; г - диагональное расположение

Удельное тяговое сопротивление К_у комбинации (см. рис. 4, г) корпусов плуга и стрельчатых лап определяется по формуле:

= (R_к + R_л) /а(b₁+b₂) = [G₁f₁+k₁(ab₁ 0,5а²)+е₁(ab₁ 0,5а²)х² +

+ G₂f₂+k₂(ab₂ + 0,5а²)+е₂(ab₂ + 0,5а²)х²] / а (b₁+ b₂ ). (1)

где R_к, R_л - соответственно тяговое сопротивление корпуса плуга и стрельчатой лапы, кН.



Рис. 5. Схема расположения рабочих органов для реализации энергосберегающего технологического процесса

почвообрабатывающий вспашка плуг

Расчет удельного тягового сопротивления был произведен при ширине захвата корпуса плуга b₁ = 0,4 м; глубине обрабатываемого слоя почвы a = 0,27 м; коэффициенте трения корпусов плуга о почву f₁ = 0,5; коэффициенте, характеризующем способность почвенного пласта сопротивляться деформации k₁ = 35,5 кН/м²; коэффициенте, зависящем от формы отвала и свойств почвы е₁ = 3,43 кНс²/м⁴; силе тяжести корпуса плуга G₁ = 2,74 кН; ширине захвата стрельчатой лапы b₂ = 0,4 м; коэффициенте трения стрельчатой лапы о почву f₂ = 0,655; коэффициенте, характеризующем способность почвенного пласта сопротивляться деформации k₂ = = 31,3 кН/м²; коэффициенте, зависящем от формы лапы и свойств почвы е₂ = 1,46 кНс²/м⁴; силе тяжести корпуса лапы G₂ = 1,4 кН. Зависимости удельного тягового сопротивления комбинации отвального и безотвального корпусов в функции скорости движения представлены на рис. 6.

Анализ зависимостей (см. рис. 6) показал, что удельное тяговое сопротивление комбинации рабочих органов меньше удельного тягового сопротивления корпусов плуга на 14,219,7 %, но выше удельного тягового сопротивления стрельчатых лап на 12,514,1 %.

Анализируя схему (см. рис. 5), можно заключить, что комбинация, состоящая из корпусов плуга и стрельчатых лап, будет выполнять энергосберегающий технологический процесс (см. рис. 2) с качеством, которое не соответствует агротехническим требованиям к основной обработке почвы, вследствие большой ширины захвата стрельчатой лапы (b₂ = 0,4 м). Известно, что на взаимодействие полевой доски отвального корпуса со стенкой обрабатываемого пласта почвы приходится 20-25 % энергозатрат на реализацию технологического процесса основной обработки почвы. Поэтому целесообразно объединить корпус плуга с левым лемехом стрельчатой лапы (рис. 7). В этом случае полевая доска потеряет свое функциональное назначение, а уравновешивание и прямолинейность движения этого рабочего органа будут обеспечены левым лемехом стрельчатой лапы.

Тогда тяговое сопротивление комбинации, состоящей из корпуса лемешно-отвального плуга и части безотвального рабочего органа (сила тяжести , кН), с учетом энергозатрат, получаемых в результате исключения полевой доски:

(2)

Для уравновешивания и обеспечения прямолинейности движения комбинированного рабочего органа величины тягового сопротивления корпуса плуга и тягового сопротивления лемеха стрельчатой лапы должны удовлетворять условию = . Тогда ширина захвата лемеха стрельчатой лапы (b₃) комбинированного рабочего органа:

(3)

В результате расчета установлено, что ширина захвата лемеха составляет 0,24-0,26 м. Принимаем ширину захвата комбинированного корпуса b₄ = 0,65 м.

Комбинированный рабочий орган будет сохранять прямолинейное движение при условии (рис. 8):

УМ_лев = УМ_прав , (4)

где УМ_лев и УМ_прав - суммы моментов относительно точки А, действующих на левую и правую части комбинированного рабочего органа.

Выражение (4) с учетом действующих сил:

sin о l₂ + cos о · 0,4 b₃ =

= sin о l₁ + cos о · 0,4 b₁ , (5)

где о - угол между направлением действия силы , и направлением движения комбинированного рабочего органа; l₂ - плечо силы R_лу, м; l₁ - плечо силы R_ку, м.

Из уравнения (5) выразим l₂:

l₂ = [ sin о l₁ + cos о · 0,4 b₁ - cos о · 0,4b₃ ] / sin о. (6)

В результате расчетов величины плеча l₂ смещение левого лемеха стрельчатой лапы относительно лемеха корпуса плуга комбинированного рабочего органа составит:



Удельное тяговое сопротивление комбинированного рабочего органа (см. рис. 8) будет определяться по формуле:

(7)

Анализ зависимостей (рис. 9) показывает, что удельное тяговое сопротивление комбинированного рабочего органа по отношению к удельному тяговому сопротивлению отвального корпуса при глубине обработки почвы 0,27 м на скорости 1,53 м/с меньше на 24,5 %, а на скорости 2,7 м/с - меньше на 29,2 %.

С учетом рис. 8 конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа будет иметь следующий вид (рис. 10).

Рис. 9. Зависимость удельного тягового сопротивления К_у от скорости х: 1 - корпус плуга; 2 - комбинация отвального корпуса плуга и стрельчатой лапы; 3 - комбинированный рабочий орган



Рис. 10. Конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа:

1 - стойка; 2 - левый лемех;

3 - правый лемех; 4 - отвал;

5 - наральник; 6 - башмак

Основными параметрами рабочего органа, от которых зависят качество обработки и тяговое сопротивление, являются ширина захвата правого лемеха b₁ = 0,4 м и ширина захвата левого лемеха b₃ = 0,25 м. Угол крошения б и углы постановки обоих лемехов г₁ и г₂, согласно многочисленным исследованиям корпусов лемешно-отвальных плугов и плоскорежущих лап, принимаем: б = 30є; г₁ = г₂ = 45є. Для правого лемеха использован серийный долотообразный самозатачивающийся лемех П-702, который устанавливается на лемешно-отвальные плуги общего назначения ПЛН-5-35, ПНЛ-8-40. Его длина 560 мм, а ширина 120 мм. Левый лемех изготовлен из лемеха П-702. Его длина 350 мм.

Длина отвала L₅ определяется по выражению:

L₅ = b₁ / sin г₃ , (8)

где г₃ - угол постановки отвала к направлению движения рабочего органа, град.

Высота отвала H₁:

H₁ = а + 2/3 а_max , (9)

где а_max - максимальная глубина обработки почвы, м.

Повышение степени крошения почвы, снижение залипания отвала и сохранение структуры почвы будет обеспечивать щель треугольной формы, у которой угол м между спинкой правого лемеха и нижним обрезом отвала составит:

м = аrcsin (sin h / L₅), (10)

где h - расстояние между окончанием нижнего обреза отвала и окончанием спинки лемеха, м.

За основу конструктивно-технологической схемы нового плуга общего назначения принимаем схему плуга ПНЛ-8-40. Из условия практического равенства тяговых сопротивлений корпуса плуга ПНЛ-8-40 и комбинированного рабочего органа принимаем, что количество корпусов нового плуга должно соответствовать количеству корпусов ПНЛ-8-40.

Для эффективного уничтожения сорных растений и крошения почвы стрельчатые лапы плоскорезов-глубокорых-лителей устанавливаются на раме почвообрабатывающего орудия с перекрытием на 5-7 см. Тогда рабочая ширина захвата нового плуга составит 4,6 м (рис. 11).

Анализ схемы расстановки корпусов плуга ПНЛ-8-40 и схемы расстановки комбинированных корпусов показал, что ширина захвата нового плуга общего назначения в сравнении с шириной захвата плуга ПНЛ-8-40 будет увеличена на 30 %. При этом расстояние между первым и последним корпусами в направлении движения пахотного агрегата уменьшится на 22,5 %.

Зависимость удельного тягового сопротивления лемешно-отвального плуга ПНЛ-8-40 и нового плуга с учетом перекрытия соседних комбинированных рабочих органов представлена на рис. 12.

Анализ зависимостей (см. рис. 12) показал, что удельное тяговое сопротивление плуга с комбинированными рабочими органами по отношению к удельному тяговому сопротивлению плуга ПНЛ-8-40 при глубине обработки почвы 0,27 м на скорости 1,53 м/с меньше на 24,5 %, а на скорости 2,7 м/с меньше на 27,8 %.

Энергоемкость Э технологического процесса обработки почвы, выполняемой пахотным агрегатом с новым плугом:

 (11)

где b₄ - ширина захвата комбинированного корпуса, м.

Зависимость энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы, выполняемого пахотными агрегатами МТЗ-2522ДВ + ПНЛ-8-40 и МТЗ-2522ДВ + разработанный плуг от скорости их движения с учетом максимальной загрузки трактора представлена на рис. 13.

На основании представленных зависимостей можно заключить, что энергоемкость технологического процесса основной обработки почвы, выполняемого пахотным агрегатом МТЗ-2522 + + ПНЛ-8-40, на 25,128,2 % больше, чем энергоемкость технологического процесса основной обработки почвы, выполняемого пахотным агрегатом МТЗ-2522 + предлагаемый плуг.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа экспериментальных исследований с описанием соответствующего оборудования и методика исследований. При проведении лабораторно-полевых исследований на полях, находящихся в зоне деятельности ФГУ «Поволжская МИС» (Самарская обл.), и в хозяйствах Саратовской области руководствовались методиками Поволжской МИС и методиками, изложенными в ОСТ 10 4.1-2001, ОСТ 10 2.2-2002, ГОСТ 24057-88 «Испытания сельскохозяйственной техники». Условия проведения испытаний были определены согласно ГОСТ 20915-75.

В четвертом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» приведены результаты лабораторно-полевых исследований энергосберегающего технологического процесса, определены качественные и энергетические показатели экспериментального плуга с комбинированными рабочими органами.

Лабораторно-полевые исследования разработанного технологического процесса основной обработки почвы проводились в 2007-2008 гг. на Поволжской МИС (Самарская область, Кинельский район, п. Усть-Кинельский) и на полях Поволжского НИИСС (Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства). Почва - чернозем обыкновенный среднесуглинистый. Влажность почвы в слое 0-30 см составляла 15,4-17,7 %, твердость - 2,0-4,0 МПа.

Исследования технологического процесса проводились с помощью пахотного агрегата, состоящего из экспериментального плуга ПБС-8У и трактора МТЗ-2522ДВ тягового класса 5.

В результате были получены следующие агротехнические показатели (табл. 1).

Таблица 1

Агротехнические показатели, полученные при лабораторно-полевых исследованиях (пахотный агрегат МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У)

Показатель	Значение показателя
1	2
Ширина захвата, м	4,6
Скорость движения, м/с	2,13	2,55	1,83	2,22
Установочная глубина обработки, м	0,16	0,27
Глубина обработки
средняя, м	0,163	0,163	0,274	0,275
среднее квадратичное отклонение, ± м	0,009	0,008	0,009	0,009
коэффициент вариации, %	5,3	5,1	3,3	3,4
Ширина захвата плуга
средняя, м	4,3	4,3	4,5	4,5
среднее квадратичное отклонение, ± м	0,12	0,04	0,05	0,05
коэффициент вариации, %	2,7	1,0	1,1	1,1
отклонение фактической от установленной ширины захвата, ± %	5,9	6,8	2,6	2,8
Гребнистость поверхности пашни, м	0,083	0,083	0,084	0,083
Крошение почвы (размер фракций до 50 мм), %, не менее	84,5	80,4	75,4	75,5
Степень заделки растительных и пожнивных остатков, %, не менее	95,2	95,4	95,3	95,5
Глубина заделки растительных остатков, м, не менее	0,121	0,123	0,135	0,131
Забивание рабочих органов почвой и растительными остатками	Не наблюдалось

Из табл. 1 видно, что плуг общего назначения ПБС-8У выполняет энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы по всем агротехническим показателям, с качеством, удовлетворяющим агротехническим требованиям, предъявляемым к основной обработке почвы.

При обработке поля плугом ПБС-8У при ширине захвата 4,6 м, установочной глубине 27 см и скорости движения агрегата 8,0 км/ч был получен профиль обработанного слоя (рис. 14).

Рис. 14. Профиль обработанного слоя почвы и расположение стерни и растительных остатков после прохода плуга общего назначения ПБС-8У:

1 - дно обработанного слоя почвы; 2 - дневная поверхность обработанного поля; 3 - стерня и растительные остатки в горизонтальном положении

Анализ профиля показал, что стерня и растительные остатки были заделаны в пахотный слой почвы и находились на расстоянии 12-13 см от дневной поверхности обработанного поля. При этом стерня на этой глубине была в основном в горизонтальном положении. Ниже горизонта расположения стерни и растительных остатков пласт почвы находился в раскрошенном состоянии аналогично структуре почвы, получаемой в результате работы плоскорезов-глубокорыхлителей.

На рис. 15 представлены зависимости часовой производительности пахотного агрегата МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У от скорости движения агрегата на установочной глубине обработки 0,27 м.

Анализ показал, что экспериментальная и расчетная зависимости производительности пахотного агрегата МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У от скорости движения имеют одинаковую закономерность (см. рис. 15). При этом закономерность изменения зависимостей на основании критерия ч² согласуется с доверительной вероятностью 0,05.

Анализ зависимостей (рис. 16) удельной энергоемкости технологических процессов, выполняемых пахотными агрегатами МТЗ-2522ДВ + ПНЛ-8-40 и МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У, в функции скорости движения показал, что закономерность изменения теоретической удельной энергоемкости МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У (поз. 2) с высокой вероятностью совпадает с экспериментальной зависимостью (поз. 3).



Рис. 15. Зависимости часовой производительности W_ч пахотных агрегатов от скорости х движения:

1 теоретическая производительность МТЗ-2522 + ПНЛ-8-40;

2 теоретическая производительность МТЗ-2522 + ПБС-8У;

3 экспериментальная производительность МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У

Рис. 16. Зависимости удельной энергоемкости Э на выполнение технологического процесса основной обработки почвы плугами общего назначения от скорости х движения пахотных агрегатов:

1 МТЗ-2522 + ПНЛ-8-40 (теоретическая); 2 МТЗ-2522 + ПБС-8У (теоретическая); 3 МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У (экспериментальная)

В пятом разделе «Исследование эффективности применения разработанного плуга общего назначения и его экономическая оценка» представлены результаты исследования эффективности применения плуга ПБС-8У, результаты его внедрения и расчет экономической эффективности.

В табл. 2 приведены показатели экономической эффективности использования агрегатов К-701 + ПНЛ-8-40 и К-701 + ПБС-8У.

Таблица 2

Показатели экономической эффективности применения плуга общего назначения ПБС-8У

	К-701 + ПНЛ-8-40	К-701 + ПБС-8У
Затраты труда, чел.-ч/га	0,52	0,43
Снижение затрат труда, %		17,3
Себестоимость работ, руб./га	1036,6	730,4
Снижение себестоимости технологии, %		29,5
Годовая экономия затрат на 1 плуг, руб.		337693
Срок окупаемости, лет		0,4

Из табл. 2 следует, что себестоимость обработки почвы плугом общего назначения ПБС-8У на 29,5 % ниже, чем серийным ПНЛ-8-40. Разница в полных затратах средств способствовала получению годового приведенного экономического эффекта для плуга общего назначения с комбинированными рабочими органами ПБС-8У в размере 337693 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повысить эффективность основной обработки почвы путем уничтожения сорных растений, заделки органических и минеральных удобрений в обрабатываемый слой с сохранением структуры и снижением эрозии почвы возможно за счет объединения технологических процессов отвальной и безотвальной обработок в единый технологический процесс.

2. Разработанный энергосберегающий технологический процесс выполняется по схеме, согласно которой нижняя часть обрабатываемого слоя почвы крошится, а верхняя - крошится, сдвигается и укладывается на раскрошенную нижнюю часть. Вследствие этого в нижней части пахотного слоя сохраняется структура почвы, а за счет оборота верхней части происходят уничтожение сорных растений, заделка их и стерни в пахотный слой.

3. Теоретически установлено, что комбинированный рабочий орган для выполнения энергосберегающего технологического процесса должен состоять из части корпуса плуга, у которого заменена полевая доска на левый лемех стрельчатой лапы. Удельное тяговое сопротивление комбинированного рабочего органа по сравнению с корпусом плуга снижается на 24,529,2 %, при этом ширина захвата лемеха стрельчатой лапы должна составлять b₃ = 0,25 м, а ширина захвата всего комбинированного рабочего органа b = 0,65 м. Для обеспечения прямолинейности движения комбинированного рабочего органа в обрабатываемом пахотном слое необходимо, чтобы расстояние между носком лемеха корпуса плуга и носком лемеха стрельчатой лапы в направлении движения было 0,25 м. Определено, что для эффективной загрузки тракторов тягового класса 5 предлагаемый плуг общего назначения должен обеспечивать ширину захвата В = 4,6 м. При этом его длина по сравнению с плугом ПНЛ-8-40 снижается на 22,5 %.

4. Проведенными теоретическими исследованиями энергоемкости технологических процессов, выполняемых пахотными агрегатами МТЗ-2522ДВ + ПНЛ-8-40 и МТЗ-2522ДВ, агрегатируемым с плугом, укомплектованным комбинированными рабочими органами, установлено, что энергоемкость агрегата МТЗ-2522ДВ + разработанный плуг меньше энергоемкости агрегата МТЗ-2522ДВ + ПНЛ-8-40 на 25,128,2 %.

5. Полученные результаты экспериментальных исследований профиля обрабатываемого слоя почвы показывают, что теоретически разработанный технологический процесс основной обработки почвы, объединяющий отвальную и безотвальную обработки почвы, реализуется новым плугом ПБС-8У с комбинированными рабочими органами. При этом происходит заделка растительных и пожнивных остатков за счет сдвига и оборота раскрошенного слоя почвы на глубину 12-13 см, а ниже этой глубины сохраняется структура раскрошенной почвы.

6. Результаты расчетов удельной энергоемкости агрегата МТЗ-2522 + ПБС-8У и энергетические показатели, полученные при экспериментальных исследованиях агрегата МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У свидетельствуют о том, что изменения экспериментальной и теоретической удельной энергоемкости агрегатов от скорости движения имеют одинаковую закономерность и на основании критерия ч² согласуются с доверительной вероятностью 0,05.

7. Сравнение эксплуатационно-технологических показателей плугов общего назначения ПНЛ-8-40 и ПБС-8У выявило, что за счет применения в плуге ПБС-8У рабочих органов, выполняющих энергосберегающий технологический процесс основной обработки почвы, происходит увеличение часовой производительности на 25,028,9 %. При этом затраты труда на обработку 1 га пашни уменьшаются на 17,3 %, что способствует получению годового приведенного экономического эффекта на один предлагаемый плуг в размере 337693 руб.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бойкова, Е. В. Плуги серии ПБС / Е. В. Бойкова // Материалы конференции по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова за 2003 г. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2004. - С. 53-56 (0,25/0,25 печ. л.).

2. Бойкова, Е. В. Новые плужные корпуса для отвальной пахоты / Б. Н. Емелин, Е. В. Бойкова // Вавиловские чтения - 2005 : матер. конф., посвященной 118-й годовщине со дня рождения акад. Н. И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - С. 28-30 (0,25/0,125 печ. л.).

3. Плуг : Пат. 56108 Рос. Федерация, МПК А 01 В 35/20 / Бойков В. М., Бойкова Е. В., Павлов А. В. ; заявители и патентообладатели Бойков В. М., Бойкова Е. В., Павлов А. В. - № 2006116394 ; заявл. 12.05.2006 ; опубл. 10.09.2006, Бюл. № 25.

4. Бойкова, Е. В. К обоснованию плужного корпуса, снижающего тяговое сопротивление пахотного агрегата / Б. Н. Емелин, Е. В. Бойкова // Вавиловские чтения - 2007 : матер. конф., посвященной 120-й годовщине со дня рождения акад. Н. И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2007. - С. 226-227 (0,25/0,125 печ. л.).

5. Бойкова Е. В. О снижении тягового сопротивления плужного корпуса при отвальной пахоте / В. М. Бойков, Б. Н. Емелин, Е. В. Бойкова // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2008. - № 1. - С. 24-26 (0,25/0,125 печ. л.).

6. Бойкова, Е. В. Результаты производственных испытаний плуга с новыми рабочими органами / Е. В. Бойкова // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2008. - № 1. - С. 27-28 (0,2/0,2 печ. л.).

7. Бойкова, Е. В. Влияние технологий основной обработки почвы на накопление и содержание влаги / В. М. Бойков, С. В. Старцев, Е. В. Бойкова, А. В. Павлов // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - С. 221-222 (0,25/0,06 печ. л.).

8. Бойкова, Е. В. Эффективность использования плугов Euro Diamant 85 L 100 и ПБС-5 на основной отвальной обработке почвы / В. М. Бойков, С. В. Старцев, Е. В. Бойкова // Аграрная наука - сельскому хозяйству : сб. науч. тр., посв. 90-летию Самарской ГСХА / Самарская ГСХА. - Самара, 2010. - С. 149-151 (0,188/0,06 печ. л.).

9. Рабочий орган почвообрабатывающего орудия : Пат. 93616 Рос. Федерация, МПК А 01 В 15/00 / Бойков В. М., Бойкова Е. В., Петров А. В. ; заявитель и патентообладатель Бойков В. М. - № 2008139531/22; заявл. 07.10.2008 ; опубл. 10.05.2010, Бюл. № 13.

10. Почвообрабатывающее орудие : Пат. 2379864 Рос. Федерация, МПК А 01 В 3/00, А 01 В 15/00 / Бойков В. М., Бойкова Е. В., Петров В. А., Павлов А. В. ; заявитель и патентообладатель Бойков В. М. - № 2008126470/12 ; заявл. 02.07.2008 ; опубл. 27.01.2010, Бюл. № 3.

11. Бойкова, Е. В. Результаты исследований пахотного агрегата МТЗ-2522ДВ + ПБС-8У «Вулкан» / В. М. Бойков, С. В. Старцев, Е. В. Бойкова // Матер. Междунар. науч.-практ. конф., посв. 70-летию проф. В. Ф. Дубинина / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - С. 22-23 (0,125/0,04 печ. л.).

12. Бойкова, Е. В. Ресурсосберегающая технология и технические средства основной обработки почвы / В. М. Бойков, С. В. Старцев, В. М. Пронин, А. В. Павлов, Е. В. Бойкова // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2010. № 7. С. 5357 (0,2/ 0,04 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...