Удосконалення технологічного процесу та технічних засобів для обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

“ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ТА ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ ОБРОБІТКУ ҐРУНТУ ПЕРЕД САДІННЯМ КОРЕНЕПЛОДІВ МАТОЧНИХ ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ

Ганженко Олександр Миколайович

Глеваха - 2003

Анотація

Ганженко О.М. Удосконалення технологічного процесу та технічних засобів для обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук (ННЦ“ІМЕСГ” УААН), Київ, 2002.

Дисертацію присвячено питанням зменшення енергоємності та підвищення якості виконання технологічного процесу садіння коренеплодів маточних цукрових буряків. У роботі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень процесу роботи дискового щілиноутворювача, обґрунтовано його раціональні конструктивні параметри. Застосування дискових щілиноутворювачів на висадкосадильних машинах забезпечує вищу якість обробітку ґрунту в зоні майбутнього рядка, що дозволяє відмовитися від проведення глибокої передсадильної культивації. Проведено порівняльні польові дослідження висадкосадильної машини, обладнаної дисковими щілиноутворювачами та серійними розпушувачами, виконано розрахунок економічної ефективності.

Ключові слова: передсадильна культивація, дисковий щілиноутворювач, серійний розпушувач, садильна щілина, коренеплід, параметри.

Аннотация

Ганженко А.Н. Усовершенствование технологического процесса и технических средств для обработки почвы перед посадкой корнеплодов маточной сахарной свеклы. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный научный центр “Институт механизации и электрификации сельского хозяйства” Украинской академии аграрных наук (ННЦ“ИМЭСХ” УААН), Киев, 2002.

Диссертация посвящена вопросам уменьшения энергоемкости и повышения качества выполнения технологического процесса посадки корнеплодов маточной сахарной свеклы. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса работы дискового щелеобразователя, обоснованы его рациональные конструктивные параметры и режимы работы. Применение дисковых щелеобразователей на высадкопосадочных машинах обеспечивает повышение качества обработки почвы в зоне будущего рядка, что позволяет отказаться от проведения глубокой предпосадочной культивации.

Анализ известных способов проведения предпосадочной подготовки почвы указывает на перспективность полосного способа, суть которого состоит в проведении глубокой обработки почвы только в зоне рядка. Это достигается путем оборудования высадкопосадочной машины новыми рыхлителями. Однако существующие типы рабочих органов для обработки почвы в зоне рядка не обеспечивают необходимое качество полосного рыхления, кроме того они имеют большое тяговое сопротивление. Поэтому возникает необходимость оптимизации технологического процесса предпосадочной подготовки почвы и разработки конструкции ротационного дискового щелеобразователя, позволяющего получить посадочную щель с необходимыми параметрами, а также уменьшить тяговое сопротивление высадкопосадочной машины.

На основании проведенных исследований процесса образования посадочной щели с помощью дискового щелеобразователя, научно обоснованно параметры щели, а также конструктивные параметры дискового рабочего органа. Разработана методика проектирования формы вырезов на рабочей поверхности сферических дисков, обеспечивающих одинаковые условия резания по всей длине спицы. Применение сферических дисков с внутренними вырезами позволяет получить посадочную щель, частично заполненную влажной взрыхленной почвой, что способствует повышению качества посадки.

По результатам лабораторных исследований, проведенных в почвенном канале, рассчитана адекватная стохастическая математическая модель, описывающая зависимость качества работы посадочного аппарата от режимов работы дискового щелеобразователя. На основании анализа модели определены оптимальные значения режимов работы дискового рабочего органа.

Изложены результаты сравнительной агротехнической и энергетической оценки высадкопосадочной машины, оборудованной серийными рыхлителями и дисковыми щелеобразователями. При применении дисковых рабочих органов повышается качество работы высадкопосадочной машины: уменьшается отклонение фактического шага посадки от заданного; улучшается вертикальность и плотность обжатия маточников почвой. Все это способствует лучшей приживаемости корнеплодов, а также увеличению урожайности семенников. Результаты тензометрирования свидетельствуют, что тяговое сопротивление дискового щелеобоазователя на 47% ниже по сравнению с серийным рыхлителем, что способствует снижению сопротивления высадкопосадочной машины.

Применение нового способа предпосадочной подготовки почвы и посадки с использованием дисковых щелеобразователей позволяет на 1,26ГДж снизить энергозатраты, повышая тем самым рентабельность полученных семян.

Ключевые слова: предпосадочная культивация, дисковый щелеобразователь, серийный рыхлитель, посадочная щель, корнеплод, параметры.

Summary

GanzhenkoO.M. Improvement of the technological process and technical means for soil cultivation before planting mother roots of sugar beet. - Manuscript.

Thesis for obtaining the scientific degree of a candidate of technical sciences by speciality 05.05.11 - Machines and means of mechanisation of agricultural production. - National center of science “Institute of mechanisation and electrification of agricultural” under Ukrainian academy of agricultural sciences, Kyiv, 2002.

This thesis represents the solution of the questions of reducing energy consumption and ensuring higher quality of fulfilment of the technological process of planting sugar beet mother roots. The results of theoretical and experimental investigations of the work process of a border disk are given; its rational constructive parameters are founded. The use of border disks on a mother root planting machine guarantees a higher quality of soil cultivation in the zone of a future row, which allows to exclude a deep preplanting cultivation.

Comparative field experiments with mother root planting machines equipped with border disks and serial scarifiers were carried out. Economic efficiency was calculated.

Key words: preplanting cultivation, border disk, serial scarifier, planting channel, root, parameters.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вирощування насінників цукрових буряків висадковим способом на сучасному етапі залишається найбільш енергоємною галуззю рослинництва. Однією з причин цього є недосконалість окремих елементів технології, зокрема, комплексу робіт, пов'язаних із підготовкою ґрунту до садіння коренеплодів маточних цукрових буряків.

Для забезпечення якісної роботи висадкосадильних машин безпосередньо перед садінням виконують 2-разову передсадильну культивацію на глибину до 22см, що потребує значних витрат енергії та коштів. Крім того, така інтенсивна дія на ґрунт у весняний період призводить до значних втрат вологи та ущільнення нижніх шарів ґрунту рушіями енергетичних засобів, задіяних для виконання передсадильної культивації. Усе це негативно впливає на приживання коренеплодів та подальший розвиток насінників цукрових буряків, основна частина кореневої системи яких розташована в шарі 0...50см, з якого рослина за вегетаційний період отримує понад 90% всієї необхідної вологи.

Тому актуальним для сільськогосподарського виробництва України є питання удосконалення технологічного процесу обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків, з метою зменшення його енергоємності, підвищення показників якості роботи сучасних висадкосадильних машин і створення сприятливих ґрунтових умов для приживання та подальшого росту й розвитку насінників.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконували упродовж 1997 - 2002 рр. в Інституті цукрових буряків УААН згідно з завданням 03.06.02. “Розробити механізовані технологічні процеси і технічні засоби для вирощування насіння цукрових буряків”, яке є складовою частиною Науково-технічної програми Української академії аграрних наук на 1996-2000рр. “Цукрові буряки”, номер державної реєстрації 0196U012876 та Науково-технічної програми на 2001-2005рр., номер 0101U001241.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - зменшення енерговитрат при вирощуванні насінників цукрових буряків та підвищення показників якості роботи висадкосадильних машин шляхом удосконалення технологічного процесу передсадильного обробітку ґрунту та технічних засобів для утворення садильної щілини.

Відповідно до поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

Проаналізувати стан та перспективи розвитку способів передсадильної підготовки ґрунту та конструкцій висадкосадильних машин.

Обґрунтувати технологічний процес підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних цукрових буряків, а також конструктивно-технологічні параметри дискового щілиноутворювача.

За результатами лабораторних досліджень побудувати стохастичну математичну модель процесу садіння, за допомогою якої визначити оптимальні значення режимів роботи дискового щілиноутворювача.

Провести порівняльну оцінку роботи висадкосадильної машини з дисковими щілиноутворювачами та серійними розпушувачами за агротехнічними й енергетичними показниками.

Визначити техніко-економічну ефективність застосування нового способу підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних буряків.

Об'єкт досліджень - технологічний процес передсадильної підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних цукрових буряків.

Предмет досліджень - фізична модель лабораторної установки для садіння коренеплодів, висадкосадильна машина та її робочі органи, робочий орган, призначений для утворення садильної щілини, супутні матеріали - коренеплоди маточних цукрових буряків.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження ґрунтувались на теорії дискових робочих органів та теорії різання ґрунтів із застосуванням основ землеробської механіки з використанням розроблених програм для ПЕОМ. Експериментальні дослідження виконували у лабораторних та польових умовах відповідно до прийнятої методики і галузевих стандартів на розроблених експериментальних установках із застосуванням ортогонального композиційного планування. Результати експериментальних досліджень обробляли методами дисперсійного, кореляційного та регресивного аналізів на ПЕОМ за допомогою прикладних програм.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено енергозберігаючий спосіб садіння коренеплодів маточних цукрових буряків, що дозволяє відмовитись від глибокої передсадильної культивації, замінивши її мілким обробітком всієї поверхні поля та утворенням садильної щілини одночасно з садінням. Теоретично обґрунтовано параметри садильної щілини та робочого органа для її утворення.

Розраховано стохастичну математичну модель, яка описує вплив режимів роботи дискового щілиноутворювача на якість виконання технологічного процесу садіння. У результаті аналізу моделі визначено оптимальні значення режимів роботи дискового щілиноутворювача. Експериментально встановлено агротехнічні та енергетичні показники роботи висадкосадильної машини, обладнаної дисковими щілиноутворювачами.

Новизну технічних рішень підтверджено 2 патентами України на винахід (на спосіб садіння коренеплодів та конструкцію дискового щілиноутворювача).

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано новий спосіб проведення передсадильної підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних цукрових буряків, який дозволяє на 41% зменшити витрати пального, на 36% зменшити відхилення фактичного кроку садіння від конструктивного, на 7,1% збільшити кількість коренеплодів висаджених вертикально або з нахилом до 15, на 7% підвищити врожайність бурякового насіння, що дало змогу отримати економічний ефект в розмірі 122 грн./га.

Розроблену технічну документацію на дискові щілиноутворювачі та методику визначення їх конструктивно-технологічних параметрів передано в ЕДП “Бурякотехніка”. Дослідний зразок висадкосадильної машини, оснащеної експериментальними дисковими щілиноутворювачами, пройшов науково-виробничу перевірку в дослідних господарствах “Саливінківське” та “Шевченківське” Інституту цукрових буряків УААН.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримано автором самостійно, а саме: проведено аналіз відомих способів передсадильної підготовки ґрунту та конструкцій висадкосадильних машин; обґрунтовано параметри садильної щілини та дискового щілиноутворювача; обґрунтовано раціональну форму вирізів на робочій поверхні диска; розроблено методику та програмне забезпечення для визначення конструктивних параметрів дискового щілиноутворювача; методом статистичного моделювання визначено оптимальні режими роботи дискового щілиноутворювача; експериментально визначено агротехнічні та енергетичні показники роботи висадкосадильної машини з різними типами робочих органів; визначено техніко-економічні показники роботи висадкосадильної машини, обладнаної дисковими щілиноутворювачами.

Апробація результатів дисертації. За результатами досліджень зроблено доповіді на науково-технічних, науково-практичних конференціях і семінарах: Міжнародній конференції “Наукові основи виробництва цукрових буряків та інших культур бурякової сівозміни в сучасних економічних та екологічних умовах” (Київ: ІЦБ, 1998); Міжнародній науково-технічні конференції “Науково-технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха: ІМЕСГ, 1999); Міжнародній науково-технічній конференції “Стан та перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч” (Київ: НАУ, 1999); Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха: ІМЕСГ, 2000); Международной научно-практической конференции “Современные проблемы опытного дела” (Санкт-Петербург, 2000); Міжнародній науково-практичній конференції “Селекція, насінництво і технологія вирощування цукрових буряків та інших культур бурякової сівозміни” (Київ: ІЦБ, 2001); У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась на засіданні вченої ради та науково-методичної ради технологічного відділу Інституту цукрових буряків УААН (Київ: ІЦБ, 2002).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 друкованих працях, п'ять з яких опубліковано у фахових виданнях, затверджених “Переліком...” ВАК України та отримано два патенти України на винаходи.

Структура та об'єм дисертаційної роботи. Основний зміст дисертаційної роботи викладено на 157 сторінках друкованого тексту. Робота складається із вступу, шести розділів, висновків, бібліографічного списку із 172 найменувань (з них 7 іноземною мовою) та додатків і містить 54 рисунки, 19 таблиць.

2. Основний зміст роботи

У Вступі розкрито суть наукової проблеми, обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, задачі, об'єкт, предмет та методи досліджень, відзначено зв'язок роботи з науковими програмами, зазначено новизну одержаних результатів, їх практичне значення, апробації результатів досліджень і їх публікація.

У першому розділі “Стан питання та задачі досліджень” проведено аналіз відомих способів підготовки ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків та конструкцій висадкосадильних машин. На основі аналізу результатів досліджень Ф.Ю. Адаменка, В.М. Балана, І.І. Бартенєва, Л.Є. Бобришова, Ф.А. Гавронського, Н.Г. Гізбулліна, С. Городецького, О.В. Добротворцевої, В.П. Дубровського, А.Ф. Нестєрова, Т.А. Родіонова, М.А. Самойлова, М.І. Сілакова, П. Слезкіна, Г.П. Снігура, К.М. Хучуа, І.І. Шапошникова та інших вчених сформульовано вимоги щодо обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків.

Аналіз розвитку конструкцій висадкосадильних машин, зроблений на основі досліджень Богданова Г.П., Гаркуші І.Я., Давидюка В.П., Зикова П.Ю., Касторного В.І., Крижка В.М., Лапенка Г.О., Окорокова І.Ф., Пілюгіна М.І., Саганова М.І., Самойлова М.А. та інших вчених свідчить, що перспективним є напрямок створення конструкцій універсальних машин, обладнаних багатоконусними садильними апаратами, привід яких здійснюється від самозачеплення з ґрунтом. Разом з тим, традиційний спосіб підготовки ґрунту перед садінням маточних коренеплодів не враховує конструктивних особливостей сучасних висадкосадильних машин.

Питанням дослідження конструкції робочих органів для обробітку ґрунту в зоні рядка та утворення садильної щілини присвячено праці Гаркуші І.Я., Євстратова А.І., Крижка В.М., Лапенка Г.О., Пєчонкіна І.П. та інших вчених.

Проведений аналіз засвідчив необхідність удосконалення технологічного процесу передсадильного обробітку ґрунту, а також конструкції робочих органів, призначених для утворення садильної щілини.

У другому розділі “Обґрунтування технологічного процесу та конструктивно-технологічних параметрів дискового щілиноутворювача” висвітлено теоретичне обґрунтування процесу підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних цукрових буряків з урахуванням біологічних особливостей насіннєвих рослин, а також конструктивних особливостей сучасних висадкосадильних машин. На основі проведених досліджень запропоновано новий спосіб садіння, який дозволяє відмовитися від проведення глибокої передсадильної культивації, замінивши глибоким обробітком ґрунту тільки в зоні майбутнього рядка. Це стає можливим, якщо сумістити технологічні операції передсадильної підготовки ґрунту та садіння, шляхом обладнання висадкосадильної машини новими робочими органами, призначеними для утворення садильної щілини із заданими параметрами:

(1)

де а - глибина садильної щілини;

L_max - максимальна довжина коренеплодів;

b - ширина садильної щілини;

d_k - діаметр основи садильного конуса.

Для фіксації хвостової частини коренеплоду та створення сприятливих умов для приживання та подальшого росту й розвитку насінників необхідно, щоб садильна щілина була частково заповнена вологим розпушеним ґрунтом. При виборі форми садильної щілини необхідно, щоб площа її поперечного перерізу була мінімальною, оскільки в цьому випадку забезпечується мінімальна енергоємність процесу утворення садильної щілини.

З огляду на це, для утворення садильної щілини доцільно використовувати робочий орган у вигляді сферичного диска з внутрішніми вирізами.

У процесі роботи довільна точка зовнішньої різальної кромки дискового робочого органа, встановленого під кутом до напрямку переміщення (кутом атаки), описує в просторі гвинтову лінію, яка являє собою циклоїду навиту на еліптичний циліндр (рис.1). Приймемо за початок відліку точку О, що знаходиться на перетині осі обертання диска з площиною його зовнішньої різальної кромки. Вісь ОХ спрямуємо в напрямку поступального переміщення агрегату, а осі OY та OZ, відповідно, у поперечному та вертикальному напрямках. Тоді, параметричне рівняння руху точки, яка належить зовнішній різальній кромці диска матиме вигляд:

(2)

де v_n - швидкість переміщення агрегату;

t - час;

r - радіус диска;

- кутова швидкість обертання диска;

- кут атаки.

Проекцією гвинтової лінії на площину поперечного перерізу борозни YOZ є еліпс:

.(3)

Таким чином, садильна щілина, утворена дисковим робочим органом має форму сегмента еліпса, ширина основи якого визначається за формулою:

, (4)

де b - ширина садильної щілини; a - глибина садильної щілини;

D - діаметр сферичного диска; - кут атаки сферичного диска.

Розв'язавши рівняння (4) відносно , отримаємо:

.(5)

Для полегшення підбору a, D, b та відповідно до конкретних умов роботи можна використовувати монограму, зображену на рис.2.

Результатами досліджень Аржаних А.І., Котова П.М., Краснощокова М.В., Кулебакіна П.Г., Нартова П.С., Шубенка В.О. та інших учених доведено, що диски з внутрішніми вирізами забезпечують кращу якість розпушення за рахунок того, що значна частина ґрунту, підрізаного зовнішньою різальною кромкою диска, проходить через вікна на робочій поверхні диска і заповнює утворену борозну.

Якщо вирізи на робочій поверхні диска виконати таким чином, щоб спиці розташовувалися радіально і були прямолінійними (рис.3), то кут різання кромки спиці можна визначити із трикутника швидкостей за теоремою синусів:

, (6)

де v_n - проекція швидкості руху агрегату на площину зовнішньої різальної кромки диска: v'_n=v_n cos, де v_n - поступальна швидкість агрегату, - кут атаки диска; r_К - радіус-вектор точки контакту спиці з ґрунтом; - кутова швидкість; t - час.

Радіус-вектор точки контакту змінюється з часом відповідно до виразу:

,(7)

Підставивши вираз (7) у формулу (6) отримаємо:

.(8)

Розрахунки показують, що в процесі роботи величина кута різання прямолінійної радіальної спиці змінюється від 35° до -90° (при різання відбувається переднім краєм спиці, а при - заднім). Внаслідок цього відбувається різання без ковзання, що призводить до забивання вирізів рослинними рештками та вологим ґрунтом.

Усіх вищезгаданих недоліків вирізних сферичних дисків можна уникнути шляхом проектування раціональної форми спиць.

Таким чином, головними вимогами щодо форми спиць, які з'єднують центральну частину диска з його зовнішньою різальною кромкою, є: самоочищення спиць від рослинних решток та налиплого ґрунту; поступове зростання реактивного моменту, який створюють сили, що перешкоджають входженню спиці у ґрунт.

Проектуючи форму спиці, необхідно забезпечити у будь-якій точці її леза однакові умови входження у ґрунт. Для цього необхідно, щоб кут між дотичною, проведеною до будь-якої точки кромки спиці та дотичною до циклоїди, яку описує дана точка в процесі роботи, залишався постійним. Вектор швидкості у точці контакту спиці з ґрунтом K направлений по дотичній до траєкторії переміщення цієї точки, отже кут знаходиться між дотичною та вектором швидкості v.

Вектор сили нормального тиску N, який чинить лезо спиці на ґрунт відхиляється від вектора швидкості на кут . Дотична складова сили нормального тиску змушує частинки ґрунту ковзати по лезу в напрямку лінії її дії. Між лезом спиці та ґрунтом виникає сила тертя , яка намагається втримати частинки ґрунту від ковзання. Отже, для забезпечення різання з ковзанням необхідно, щоб кут , оскільки в цьому випадку дотична сила Т буде перевищувати за модулем протилежно направлену силу тертя F_тр, змушуючи частинки ґрунту ковзати вздовж леза спиці під дією залишкової сили Т₁=Т-F_тр.

Таким чином, для того, щоб спиці, які з'єднують зовнішню різальну кромку з центральною частиною диска, не забивалися ґрунтом та рослинними рештками, а також для забезпечення поступового входження спиці у ґрунт необхідно, щоб кут різання був постійний по всій довжині спиці і відповідав умові: .

.(9)

Розв'язавши останнє рівняння відносно та врахувавши, що кутова швидкість сферичного диска, який вільно обертається навколо своєї осі становить , маємо:

,(10)

де - коефіцієнт ковзання (+), буксування (-).

На основі теоретичних досліджень розроблено методику розрахунку, реалізація якої дозволила спроектувати раціональну форму спиці при заданому куті різання.

На основі проведених розрахунків виготовлено експериментальні робочі органи у вигляді сферичних дисків із криволінійними спицями (рис.7). Таким чином, експериментальний щілиноутворювач складається із диска, жорстко закріпленого на горизонтальній осі, яка вільно обертається в маточині підшипників 1. За допомогою кронштейна 2 щілиноутворювач кріпиться до рами висадкосадильної машини. Для регулювання глибини садильної щілини залежно від характеристики садивного матеріалу в конструкції щілиноутворювача передбачено гвинтовий механізм 3. Чистик 4 призначений для очищення робочої поверхні диска від рослинних решток та налиплого ґрунту.

У третьому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” наведено програму досліджень, описано експериментальні установки, вимірювальні прилади, обладнання та методики обробки експериментальних даних.

Для визначення оптимальних режимів роботи дискового щілиноутворювача у ґрунтовому каналі проведено лабораторний експеримент, у ході якого вивчали вплив кута атаки та глибини ходу робочого органа на якість роботи садильного апарата. Дослід проводили за ортогональним центральним композиційним планом другого порядку на спеціально виготовленій експериментальній установці.

За результатами експерименту розраховували стохастичну математичну модель процесу садіння. Вхідними факторами моделі були кут атаки (Х₁) та глибина ходу (Х₂) дискового щілиноутворювача. На виході фіксували відстань між коренеплодами в рядку (у₁); кількість коренеплодів, висаджених на глибину 1...4см (у₂); кількість непошкоджених коренеплодів (у₃) та кількість коренеплодів, висаджених вертикально або з нахилом до 15° (у₄).

За параметр оптимізації приймали узагальнений показник якості виконання технологічного процесу садіння Y, який розраховували за формулою:

,(11)

де y₁₀; y₂₀; y₃₀; y₄₀ - “ідеальні” значення відповідних показників встановлені агровимогами або іншими нормативними документами;

q₁; q₂; q₃; q₄ - вагомість відповідних показників, %.

Для проведення польових досліджень, дискові щілиноутворювачі встановлювали на раму висадкосадильної машини перед кожним садильним апаратом. Порівняльну агротехнічну оцінку роботи висадкосадильної машини, обладнаної експериментальними дисковими щілиноутворювачами та серійними розпушувачами, проводили у дослідному господарстві “Шевченківське” згідно з ОСТ70.5.4-84 та СТСЭВ5630-86.

Порівняльну енергетичну оцінку роботи висадкосадильної машини з експериментальними щілиноутворювачами та серійними розпушувачами проводили при садінні коренеплодів маточних цукрових буряків у дослідному господарстві “Саливінкіське”, за методикою, передбаченою КНД46.16.02.09-95.

Реєстрацію параметрів проводили за допомогою самохідної тензометричної лабораторії на базі автомобіля УАЗ-3303, у складі якої використовували малогабаритну апаратура ЭМА-П із комплектом перетворювачів. Дослід проводили у п'ятикратній повторності на кожному з режимів роботи. Тривалість реєстрації кожної повторності становила 15с.

Розрахунок енергетичної ефективності виконували відповідно до методичних рекомендацій, розроблених у ВІМ, економічну ефективність визначали за ГОСТ23729-88.

У четвертому розділі “Оптимізація режимів дискового щілиноутворювача” викладено матеріали лабораторних досліджень, за результатами яких побудовано адекватну стохастичну математичну модель процесу садіння залежно від режимів роботи дискового щілиноутворювача.

Умови проведення досліджень: вологість ґрунту - 25,2%; твердість та щільність ґрунту відповідно - 0,67МПа та 1,25г/см³.

Результати досліджень свідчать, що із збільшенням глибини ходу дискового щілиноутворювача зростає середнє значення глибини садіння коренеплодів. Однак, найбільша кількість коренеплодів (94,4%), висаджених на допустиму агровимогами глибину (1...4см) спостерігалася тоді, коли глибина садильної щілини становила Х₂=15см (рис.10). Із збільшенням глибини ходу дискового робочого органа до Х₂=20см зростає частка коренеплодів, висаджених на глибину понад 4см, а при зменшенні глибини садильної щілини до Х₂=10см - спостерігається зростання кількості коренеплодів, невкритих ґрунтом або висаджених на глибину до 1см.

Збільшення глибини ходу дискового щілиноутворювача викликає зростання відстані між висадженими коренеплодами в рядку. Так, при глибині садильної щілини Х₂=10см крок садіння становив 36,6 см, а при Х₂=20см - 37,9 см, тобто відхилення фактичного кроку садіння від конструктивного (35 см) зросло з 1,6см до 2,9 см.

Це відбувається тому, що привід садильного апарата здійснюється від самозачеплення з ґрунтом за допомогою садильних конусів та спеціальних ґрунтозачіпів. Із збільшенням глибини садильної щілини конус садильного апарата не контактує з ґрунтом, а при збільшені кута атаки диска збільшується ширина утвореної садильної щілини, внаслідок чого, ґрунтозачіп входить у розпушений ґрунт, а отже зменшується надійність приводу садильного апарата.

Дослідивши значення протяжки садильного апарата та вертикальності садіння методами кореляційного аналізу, було виявлено зв'язок між цими величинами.

Наявність такого сильного кореляційного зв'язку пояснюється тим, що під час протяжки рухома стулка садильного конуса діє на головку коренеплоду, переміщуючи її у напрямку руху машини. При зафіксованій хвостовій частині це призводить до нахилу коренеплоду в напрямку переміщення машини. Тому, при збільшені глибини ходу щілиноутворювача погіршується вертикальність розміщення висаджених коренеплодів.

Із збільшенням глибини ходу та кута атаки дискового робочого органа зменшувався відсоток травмованих коренеплодів. Так, якщо глибина ходу дискового щілиноутворювача становила 10см та кут атаки 15°, то травмувалося до 14% коренеплодів, а при збільшені глибини до 15см - кількість травмованих коренеплодів зменшувалася до 2,5%, при 20см - до 1,5%.

Застосувавши метод регресивного аналізу, отримано рівняння стохастичної математичної моделі у вигляді поліному:

.(12)

Провівши аналіз моделі методом січних площин, встановлено, що область оптимуму знаходиться в межах: кут атаки X₁=11,5...17,0°; глибина ходу диска X₂=13,4...18,0см.

У п'ятому розділі “Агротехнічна та енергетична оцінки висадкосадильної машини з дисковими щілиноутворювачами” наведено результати агротехнічних та енергетичних досліджень, проведених у польових умовах.

Дослідження проводили на чорноземі типовому, легкосуглинковому. Вологість ґрунту в шарі 0...30см на фоні після проведення культивації на глибину до 22см становила 27,5%, на фоні без культивації - 29,2%.

Для садіння використовували коренеплоди гібрида Український ЧС70, довжиною 100...170мм та діаметром 40...80 мм.

Результати, наведені в табл.1, засвідчують, що при застосуванні дискових щілиноутворювачів на 36% зменшується відхилення фактичного кроку садіння від конструктивного, що дозволило на 7,1% збільшити частку коренеплодів, висаджених з нахилом до 15°. Це дало змогу покращити приживання висаджених коренеплодів.

Таблиця 1. Агротехнічні показники роботи висадкосадильної машини.

Назва показників	За агро-	Спосіб садіння
	вимогами	традиційний	новий
Середня глибина садіння, см	2...3	2,2	2,1
Частка коренеплодів, висаджених на глибину від 1 до 4 см, %	>90	93,8	94,6
Середнє зусилля на витягування коренеплодів, Н	>15	67,2	72,7
Частка пошкоджених коренеплодів, %	<3	2,5	2,7
Частка коренеплодів, висаджених із нахилом до 15°, %	>60	90,8	97,9
Середня відстань між коренеплодами в рядку, см	35±5	36,5	36,1
Врожайність насіння, ц/га		23,7	25,4

Так, з порожнім бункером для коренеплодів тяговий опір машини ВС-4 із серійними та дисковими щілиноутворювачами становив 13,12 та 11,53кН, відповідно, а тягова потужність при робочій швидкості 0,43м/с - відповідно 5,63 та 4,96кВт.

Тяговий опір одного серійного розпушувача становить 1,28кН, що на 410Н (47%) перевищує опір дискового при однаковій глибині обробітку.

За даними проведених досліджень, застосування експериментальних дискових щілиноутворювачів для утворення садильної щілини дозволяє на 7...11% зменшити витрати пального на виконання процесу садіння. Так, при застосуванні дискових робочих органів витрати пального на одиницю чистої роботи становили в середньому 11,0кг/га, а при застосуванні серійних - 12,0кг/га.

У шостому розділі “Енергетична та економічна ефективність” наведено розрахунок показників ефективності застосування нового способу підготовки ґрунту та садіння. Зокрема встановлено, що при застосуванні дискових щілиноутворювачів економічна ефективність становить 122грн/га (1,26ГДж/га). Річний економічний ефект від переобладнання однієї машини - 3665грн.

буряк енерговитрата грунт технічний

Основні висновки

1. У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, яка полягає у зменшенні енергоємності та підвищенні агротехнічних показників якості роботи висадкосадильних машин на основі удосконалення технологічного процесу передсадильної підготовки ґрунту та обґрунтування основних параметрів і режимів роботи дискового щілиноутворювача.

Аналіз відомих досліджень технологічних процесів та технічних засобів для обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків показав, що проведення 2-разової передсадильної культивації на глибину до 22см вимагає значних енерговитрат і призводить до втрат ґрунтової вологи та ущільнення нижніх шарів ґрунту. Робочі органи висадкосадильних машин, основними типами яких є долотоподібні розпушувачі не забезпечують необхідну якість обробітку ґрунту в зоні рядка, що не дозволяє відмовитися від проведення глибокої передсадильної культивації.

2. У результаті проведеного аналізу біологічних особливостей насінників цукрових буряків і конструкцій технічних засобів для садіння коренеплодів запропоновано новий спосіб підготовки ґрунту та садіння, який дозволяє відмовитись від проведення 2-разової передсадильної культивації на глибину до 22см, замінивши її мілким суцільним обробітком ґрунту і утворенням садильної щілини одночасно з садінням.

3. На підставі розмірних характеристик коренеплодів маточних цукрових буряків та конструкції садильних апаратів висадкосадильної машини обґрунтовано параметри садильної щілини та конструктивно-технологічні параметри робочого органа для її утворення.

4. Теоретичними дослідженнями встановлено, що для утворення садильної щілини із заданими параметрами доцільно використовувати робочий орган у вигляді сферичного диска діаметром 450мм та радіусом кривизни 600мм із вирізами на внутрішній робочій поверхні.

5. На основі встановлених аналітичних залежностей розроблено алгоритм та програмне забезпечення, реалізація якого на ПЕОМ дала змогу спроектувати раціональну форму спиці, що з'єднує зовнішню різальну кромку диска з його центральною частиною.

6. Дослідженнями стохастичної математичної моделі, розрахованої за результатами лабораторного експерименту, встановлено, що оптимальний кут атаки дискового щілиноутворювача знаходиться в межах 11,5...17,0°, а глибина ходу - 13,4...18,0см.

7. За даними польових досліджень встановлено, що при застосуванні дискових щілиноутворювачів на 36% зменшується відхилення фактичного кроку садіння від конструктивного; на 7,1% збільшується кількість коренеплодів, висаджених вертикально та з нахилом до 15°; завдяки чому покращується динаміка появи сходів та підвищується врожайність насіння.

8. Тензометруванням висадкосадильної машини, обладнаної дисковими щілиноутворювачами встановлено, що тяговий опір дискового щілиноутворювача на 47% менший за опір серійного розпушувача, що дозволяє на 8...12% зменшити тяговий опір висадкосадильної машини та на 7...11% зменшити витрати пального.

9. Впровадження запропонованого способу передсадильної підготовки ґрунту та садіння коренеплодів маточних цукрових буряків із використанням дискових щілиноутворювачів дозволяє заощадити 122грн./га, річний економічний ефект при цьому становить 3665грн./рік.

Впровадження результатів досліджень у виробництво здійснено у дослідних господарствах “Шевченківське” та “Саливінківське”, а також у ЕДП “Бурякотехніка” і використано при розробці нових висадкосадильних машин.

Список опублікованих праць

Ганженко О.М. Дисковий робочий орган для енергозберігаючого обробітку ґрунту // Збірник наукових праць Національного аграрного ун-ту. “Теорія і розрахунок сільськогосподарських машин”. - Том. 6 - К.: НАУ, 1999. - С. 96-99.

Ганженко О.М. Енергозберігаючий технологічний процес обробітку ґрунту перед садінням маточних коренеплодів цукрових буряків // Збірник наукових праць Національного аграрного ун-ту. “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - Том 7. - К.: НАУ, 2000. - С. 46-48.

Ганженко О.М. Удосконалення технологічного процесу обробітку ґрунту перед садінням маточних коренеплодів // Збірник наукових праць ННЦ ІМЕСГ. “Механизація та електрифікація сільського господарства”. - Том 83. - Глеваха, 2000. - С. 133-135.

Крижко В.М., Зиков П.Ю., Ганженко О.М., Войтю П.О. Основні напрямки розвитку засобів механізації для садіння коренеплодів. // Збірник наукових праць УкрЦВТ “Техніка - технологічні аспекти розвитку та випробовування нової техніки і технологій для сільського господарства України”. - Випуск 3 (17). - Дослідницьке 2000. - С. 68-71. (Здобувачем зроблено аналіз спосіб обробітку ґрунту перед садінням коренеплодів маточних цукрових буряків).

Івасюк В.В., Зиков П.Ю., Ганженко О.М. Енергетична оцінка висадкосадильної машини з експериментальними розпушувачами. // Техніка АПК. - 2002. - №10-11. - С. 24-25. (Здобувачем виконано планування, проведення тензометрування та аналіз отриманих результатів).

Патент 28943А. Україна, МКИ А01С5/06. Спосіб садіння коренеплодів та пристрій для його здійснення / В.М. Крижко, М.І. Саганов, П.Ю. Зиков, О.М.Ганженко (Україна). - №97115469; Заявлено 14.11.97; Опубл. 16.10.2000, Промислова власність №5-ІІ. - С. 1.3. (Здобувачем запропоновано пристрій для утворення садильної щілини).

Патент 34238А. Україна, МКИ А01В7/00. Дисковий робочий орган / О.М. Ганженко (Україна). - №99063371; Заявлено 17.06.99; Опубл. 15.02.2001, Промислова власність №1-ІІ. - С. 1.1.

Размещено на Allbest.ru

...