Механіко-технологічні засоби еколого-економічного удосконалення процесів обробітку ґрунту

Размещено на http://allbest.ru

16

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

УДК 631.31

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового

ступеня доктора технічних наук

МЕХАНІКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ЗАСОБИ ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНОГО УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСІВ ОБРОБІТКУ ГРУНТУ

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

ПАЩЕНКО Володимир Филимонович

Харків - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному аграрному університеті ім. В.В.Докучаєва Міністерства аграрної політики України.

Науковий консультант: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор

Харківський національний технічний університет сільського господарства, кафедра механізації тваринницьких ферм.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, академік-секретар УААН, професор Гуков Яків Серафимович, ННЦ ІМЕСГ, директор;

доктор технічних наук, член-кореспондент УААН, професор Кушнарьов Артур Сергійович, Таврійська державна агротехнічна академія, завідувач кафедри теоретичної механіки і ТММ;

доктор технічних наук, професор Дубровін Валерій Олександрович, Національний аграрний університет, директор НДІ техніки і технологій.

Провідна установа: Луганський національний аграрний університет, кафедра сільськогосподарських машин, Міністерство аграрної політики, м. Луганськ.

Захист відбудеться 03.11.2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий 28.09.2005 року.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Проблема зниження негативної дії засобів механізації на ґрунт виникла в 20-ті роки минулого століття, продовжує існувати і загострюється по мірі збільшення інтенсифікації виробництва і маси сільськогосподарської техніки. Робочі органи ґрунтообробних машин не забезпечують раціональної дії на грунт, яка з точки зору досягнень агрономічної науки та еколого-економічних вимог повинна бути направлена тільки на усунення невідповідностей між рівноважними й оптимальними його агрофізичними параметрами.

Вирішення проблеми еколого-економічного удосконалення процесів обробітку ґрунту потребує використання комплексного підходу в рамках замкнутого технологічного циклу шляхом зменшення опору робочих органів машин і знарядь, розробкою технологічних процесів обробітку ґрунту для оптимізації його агрофізичних властивостей та удосконалення технологій вирощування сільськогосподарських культур.

Актуальність теми. Сучасні засоби механізації сприяють переущільненню орного та підорного шарів, розпиленню та мінералізації ґрунту, викликають збільшення неоднорідності його будови, виникнення брил з більшою щільністю, ніж до обробітку ґрунту та зниження ефективності використання добрив.

Аналіз результатів досліджень агрономічної науки показав, що найкращі умови для проростання насіння, розвитку рослин, збереження та накопичення вологи забезпечується при диференціації орного шару ґрунту по структурному складу та щільності. Поверхневий шар ґрунту повинен складатися з грудочок розміром від 5 до 20 мм і мати ущільнений прошарок, посівний прошарок - мати дрібно-грудкувату структуру з розміром грудочок від 0,25 до 10 мм. У зоні розвитку кореневої системи щільність ґрунту повинна бути в межах 1,0...1,3 г/см³.

Відомі ґрунтообробні робочі органи не дозволяють за один прохід створити в ґрунті рослинам оптимальні агрофізичні умови, мають відносно велику енергоємність, металомісткість і низьку технологічну надійність.

Обробіток ґрунту займає 30...40 % від загальних прямих витрат на вирощування сільськогосподарських культур. Ступінь використання повних питомих витрат енергії при обробітку ґрунту становить близько 16%. Решта енергії витрачається на виконання процесів у самих машинах. Отже, найбільш суттєву економію енергетичних витрат можна одержати за рахунок зменшення кількості проходів агрегатів по полю, що до того ж забезпечить зменшення щільності ґрунту та збереження його родючості.

У зв'язку з цим робота, яка націлена на досягнення нових науково обґрунтованих результатів удосконалення технологій, машин, елементів конструкцій тощо у сільськогосподарському виробництві й у сукупності розв'язує значну прикладну проблему еколого-економічного удосконалення процесів обробітку ґрунту, може бути віднесена до важливого й актуального напрямку досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Теоретичні та експериментальні дослідження, що склали основу дисертаційної роботи, виконані в ХНАУ ім. В.В.Докучаєва в період 1982-2005 рр. відповідно до: державної програми О.СХ. 31.02. (1981-1985 рр.); державної програми „Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на період 1998-2005 рр. (ДР № 1341). Дослідження проводилися у рамках держбюджетної тематики кафедри механізації та електрифікації сільськогосподарського виробництва ХНАУ ім. В.В.Докучаєва „Розробити ґрунтозахисну, ресурсозберігаючу систему основного обробітку ґрунту в сівозмінах Лівобережного Лісостепу”, спрямовану на збереження родючості ґрунтів, номер держреєстрації 0197U008168, у співдружності з Національним науковим центром „Інститут ґрунтознавства і агрохімії” УААН і Інститутом цукрових буряків УААН.

Мета і завдання досліджень - підвищення еколого-економічної ефективності вирощування сільськогосподарських культур шляхом зменшення витрат енергії на обробіток ґрунту та зниження негативної дії на нього засобів механізації.

Відповідно до поставленої мети для вирішення проблеми еколого-еко-номічного удосконалення процесів обробітку ґрунту намічені такі завдання:

- розробити теорію математичного моделювання процесів взаємодії робочих органів з ґрунтом на основі використання прямих методів варіаційного числення;

- розробити засоби еколого-економічного обробітку ґрунту, які б забезпечили оптимізацію агрофізичних властивостей орного шару ґрунту шляхом об'єднання процесів подрібнення та сепарації грудок, і визначити вплив їх параметрів на якісні та енергетичні показники роботи;

- створити основи теорії для обґрунтування параметрів запропонованих робочих органів;

- провести польові випробування експериментальних машин і знарядь та визначити техніко-економічну доцільність їх впровадження у виробництво;

- визначити шляхи зменшення втрат енергії на обробіток ґрунту та негативного впливу засобів механізації на нього в технологіях вирощування просапних культур з використанням високопродуктивної сільськогосподарської техніки.

Об'єкт досліджень - технологічні процеси обробітку ґрунту, конструкційно-технологічні схеми машин та їх робочих органів, технології вирощування сільськогосподарських культур.

Предмет досліджень: механіко-технологічні засоби еколого-економічного удосконалення процесів обробітку ґрунту.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проводилися на основі механіко-математичного моделювання процесів взаємодії робочих органів з ґрунтом. Застосовано методи вищої математики, класичної механіки, варіаційного числення. Експериментальні дослідження виконувалися за галузевими та розробленими методиками із застосуванням тензометричних засобів і методів планування багатофакторних експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше одержана теорія математичного моделювання з використанням прямого варіаційного числення для рішення задач землеробної механіки у дво- і тримірних просторах.

2. Набула подальшого розвитку теорія обґрунтування параметрів робочих органів активно-пасивної дії для операцій кришіння та сепарації структурних елементів ґрунту.

3. Розроблена теорія складання математичних моделей взаємодії робочих органів з ґрунтом з урахуванням взаємозв'язків показників якості та енергоємності технологічних процесів.

4. Набула подальшого розвитку теорія граничного стану сипкого середовища в напрямку вивчення процесів взаємодії робочих органів з ґрунтом.

5. Вперше одержана математична модель взаємодії з ґрунтом робочих органів з гнучким елементом для обробки поверхневого прошарку ґрунту з мінімальними витратами енергії та забезпечення умов збереження вологи.

Практичне значення одержаних результатів. Застосування теорії складання математичних моделей взаємодії ґрунтообробних органів з ґрунтом дозволяє знаходити раціональні, з точки зору їх енергоємності, профілі із заданими технологічними параметрами обробітку ґрунту.

Використання запропонованих виробництву робочих органів машин і знарядь для обробітку посівного та поверхневого прошарків ґрунту за один прохід агрегатів забезпечує створення диференційованого за структурою та щільністю складу ґрунту, який відповідно до агротехнічних вимог є оптимальним для проростання насіння та розвитку рослин.

Використання інтегрального трактора тягового класу 3 з набором нових сільськогосподарських машин у технології вирощування цукрових буряків дає можливість зменшити, в порівнянні з традиційною системою машин, негативний вплив засобів механізації на грунт, строки виконання польових робіт, витрат праці та енергоресурсів за рахунок скорочення кількості проходів агрегатів по полю.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень використані ВАТ „ХТЗ”, Галещинським машзаводом та інститутом „Машин і систем” при розробці технічної документації та виготовленні дослідних зразків машини для обробітку орного шару ґрунту.

За результатами досліджень Кіровоградським проектно-конструктор-ським інститутом розроблено технічну документацію та виготовлено комбіновану машину для оптимізації агрофізичних властивостей посівного шару ґрунту при вирощуванні кукурудзи.

На кафедрі механізації сільськогосподарського виробництва Харківського НАУ ім. В.В.Докучаєва зроблено макет ґрунтообробної машини для підготовки ґрунту під посів цукрових буряків.

Робочий орган для обробітку поверхневого (до 4 см) шару ґрунту простий за конструкцією і може бути виготовлений в умовах майстерень сільськогосподарських підприємств. Використовується в господарствах Харківської області з 1992 р.

Розроблений інтегральний орно-просапний трактор ХТЗ-12131 пройшов державні випробування та прийнятий ВАТ „ХТЗ” у серійне виробництво. Технологію вирощування цукрових буряків із застосуванням інтегрального трактора та набору високопродуктивних сільськогосподарських машин упроваджено на площі більше 2000 га в дослідному господарстві інституту буряків „Пархомівське” Краснокутського району Харківської області та СТОВ „Дружба” Магдалинівського району Дніпропетровської області.

Особистий внесок здобувача. У наукових працях, написаних у співавторстві, особистий внесок полягає в наступному.

1. У роботах [14; 26], присвячених обґрунтуванню раціональних профілів робочих органів:

- розробці теорії рішення задач землеробної механіки з використанням прямих методів варіаційного числення;

- плануванні, керуванні та участі в проведенні експериментальних досліджень.

2. У роботах [2-6; 8; 10; 13; 15; 18; 22; 27-38; 41-43; 47-49], пов'язаних з розробкою технологічних процесів і параметрів робочих органів для оптимізації агрофізичних властивостей ґрунту:

- обґрунтуванні технологічного процесу та робочих органів експериментальних машин;

- складанні математичних моделей взаємодії запропонованих робочих органів з ґрунтом і обґрунтуванні їх раціональних параметрів;

- плануванні, керуванні та участі в проведенні експериментальних досліджень;

- розробці технічних завдань до конструкторської документації для виготовлення експериментальних машин і знарядь;

3. У роботах [8; 9; 11; 12; 20; 23; 24; 39; 40; 44; 46; 50-52] по удосконаленню технології вирощування просапних культур:

- проведенні досліджень по визначенню впливу ходових систем на властивості ґрунту;

- розробці заходів зменшення негативного впливу ходових систем тракторів на ґрунт у технологіях вирощування просапних культур;

- розробці технічних завдань до конструкторської документації для виготовлення експериментальних машин і знарядь.

Апробація результатів досліджень. Основні положення виконаних досліджень доповідалися і одержали схвалення на конференціях професорсько-викладацького складу ХНАУ (Харків, 1982-2003); Міжнародному симпозіумі з питань зниження витрат енергії на обробіток ґрунту (Прага, 1982); технічній раді УкрНДІСГОМ (Харків, 1982); республіканській науково-технічній конференції „Шляхи розвитку механізації виробництва зерна в УРСР” (Глеваха, 1988); Всесоюзній науково-технічній конференції з питань землеробної механіки (Москва, 1989); Всесоюзній науково-технічній конференції „Землеробна механіка і програмування врожаїв” (Волгоград, 1990); Міжнародному симпозіумі з проблем будування сільськогосподарських машин (Польща, 1991, 1997); Міжнародній конференції з питань розвитку механізації, електрифікації та автоматизації сільського господарства в умовах ринкових відносин (Глеваха, 1994); науково-виробничій конференції, присвяченій 50-річчю факультету інженерів-землевпорядників ХНАУ (Харків, 1994); технічній раді ВАТ Харківського тракторного заводу (1995, 1996, 1999, 2001, 2004); технічній раді заводу „Червона зірка” (Кіровоград, 1996); засіданні науково-технічної ради Мінмашпрому, Мінсільгосппроду та Української ААН (Харків, 1997); технічній раді Бородянського екскаваторного заводу (Бородянка, 1998), обласних семінарах „Технологія вирощування цукрових буряків” (Пархомівка, 1998, 2000; СТОВ „Дружба”, 2003, 2004); ювілейній науково-технічній конференції, присвяченій академіку П.М.Василенку (Харків, 2003).

Публікації. Основний зміст дисертації опублікований в 52 друкованих працях, в числі яких - 1 монографія, 8 авторських свідоцтв, 4 патенти.

Структура та об'єм дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел та 16 додатків. Основний зміст викладено на 267 сторінках друкарського тексту. Робота містить 83 рисунки на 67 с., 38 таблиць на 35 с. Список використаних літературних джерел містить 241 назву. Загальний обсяг роботи становить 335 с.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі розглянуті передумови еколого-економічного удосконалення процесів обробітку ґрунту, в яких аналізуються сучасні засоби механізації. Проведено аналіз їх роботи з точки зору збереження родючості ґрунтів, енергії та якості виконання технологічних процесів його обробки.

Дослідження П.А. Костичева, В.Р. Вільямса, Н.А. Кочинського, І.Б. Ревута та багатьох інших вчених показали, що найкращі умови для росту та розвитку рослин забезпечуються при структурі орного шару ґрунту з розмірами грудочок від 0,25 до 10 мм. В.В. Медведєв зробив важливе уточнення: найбільш оптимальні умови для рослин забезпечуються при диференціації орного шару ґрунту за структурним складом і щільністю (рис. 1). Поверхневий прошарок ґрунту (до 4 см) повинен складатися з більших грудочок розміром від 5 до 20 мм, посівний прошарок - мати дрібно-грудкувату структуру з розміром грудочок від 0,25 до 10 мм. Така структура насіннєвого шару ґрунту не тільки забезпечує оптимальну аерацію насіння, а й створює найкращі умови для накопичення вологи і контакту з твердою фазою ґрунту. Ущільнений прошарок у поверхневому шарі ґрунту стримує непродуктивні втрати вологи.

Рис. 1. Схема будови орного шару ґрунту з оптимальними агрофізичними властивостями прошарків: 1 - поверхневий; 2 - ущільнений; 3 - насіннєвий; 4 - кореневий

Рівноважна щільність нижніх шарів чорноземних структурних ґрунтів, навіть без механічних обробітків, перебуває в межах оптимуму (1,0...1,3 г/см³) при вологості, близькій до стану фізичної зрілості, що підтверджує відому вимогу до обробітку ґрунту: забезпечення умов для накопичення та збереження в ньому вологи.

Недоліки відомих ґрунтообробних машин і знарядь не дозволяють за один прохід агрегату за-¶безпечити виконання всіх вимог агротехніки щодо оптимізації агрофізичних властивостей ґрунту.

Традиційні комбіновані машини, які складаються з набору різних типів робочих органів, забезпечують зменшення кількості проходів агрегатів по полю і підвищення якості обробітку ґрунту. Але ж вони мають такі недоліки, як велику металомісткість, низьку технологічну надійність в роботі та ін. До того ж сучасні комбіновані машини не спроможні в достатньо повній мірі забезпечити вимоги агротехніки до диференціації шару, що обробляється, за структурним складом і щільністю ґрунту.

Для підвищення якості обробітку ґрунту та поліпшення процесу сепарації його структурних елементів робочі органи підрізаючого типу обладнуються додатковим пристроєм.

Робочими органами машини є підрізаюча лапа, сепаруюча решітка та ротор. Машина працює так: лапа підрізає шар ґрунту знизу та подає його на сепаруючу решітку; ножі ротора переміщають грунт по решітці з одночасним його дрібненням. Дрібні частини ґрунту проходять крізь зазори сепаруючої решітки, великі виштовхуються на поверхню ножами ротора, які переміщаються між прутками сепаруючої решітки, що забезпечує очистку їх від ґрунту та рослинних решток.

Для обробітку поверхневого прошарку ґрунту (0...4 см) із забезпеченням його мінімального перемішування, створення ущільненого прошарку та вирівнювання мікронерівностей поверхні поля може бути використаним робочий орган з гнучким елементом у вигляді проволоки або тросу.

Одним із аспектів завдань дослідження є створення теорії технологічних процесів функціонування робочих органів для оптимізації агрофізичних властивостей орного шару ґрунту. На основі аналізу проблеми сформульовані мета й завдання досліджень.

У другому розділі „Теоретичне обґрунтування профілів робочих органів ґрунтообробних машин та знарядь” зазначено, що якість виконання робіт і кількість витраченої енергії в значній мірі залежать від геометричного профілю поверхні робочого органу. Обґрунтуванням профілів ґрунтообробних робочих органів займалися В.П.Гарячкін, П.М.Василенко, А.С.Кушнарьов, Я.Є.Гуков, І.М.Панов, Г.М.Сінєоков, А.М.Зеленін, В.І.Корабельський, В.О.Дубравін, А.Ф.Бабицький, І.А.Шевченко та багато інших. Використовуються експериментальні та графоаналітичні методи, принципи теорії сипких середовищ, пластичної плинності тощо. Але їх застосування не завжди дозволяє знайти раціональне рішення задач. П.М.Василенко, П.С.Короткевич, В.П.Третьяк, Б.А.Нефьодов та інші дослідники використовували методи варіаційного числення для обґрунтування профілів робочих органів ґрунтообробних машин і знарядь.

Розв'язок варіаційних задач забезпечується диференціальним рівнянням Ейлера. Такі рівняння вдається розв'язати аналітично дуже рідко, тому для їх вирішення використовують, як правило, числові методи. До того ж незначне поглиблення вивчення процесу взаємодії робочих органів з ґрунтом суттєво ускладнює одержання та вирішення рівнянь Ейлера. Тому методи варіаційного числення не набули широкого застосування при обґрунтуванні параметрів робочих органів ґрунтообробних машин і знарядь. У зв'язку з цим для рішення задач землеробної механіки пропонується використовувати прямі методи варіаційного числення.

Показники якості та енергоємності обробітку ґрунту визначаються типом і параметрами робочого органу, режимами роботи агрегату і агрофізичними властивостями ґрунту в період його обробітку.

У реальних умовах ці властивості дуже різноманітні і їх важко формалізувати для отримання аналітичних залежностей, які описують якісні показники обробітку ґрунту. До того ж питання аналітичного описування процесів в ґрунті під дією ґрунтообробних робочих органів вивчені недостатньо.

Узагальненими показниками фізико-механічних властивостей ґрунту та енергоємності його обробітку з достатньою для практики точністю можуть бути: нормальний тиск ґрунту на поверхню робочого органу; коефіцієнт тертя цього органу об ґрунт. Ці показники відносно легко формалізуються при складанні енергетичних функціоналів.

Клас допустимих функцій обирається за параметрами обробітку ґрунту й конструктивними особливостями машин і знарядь. Якщо задача не передбачає жорсткі вимоги до граничних умов, то її доцільно вирішувати з допомогою методів варіаційного числення з плаваючими границями. Це дозволяє винайти найбільш раціональний профіль робочого органу з точки зору збереження енергії на операції обробітку ґрунту.

Позитивним є також те, що отримані дотепер результати теоретичних та експериментальних досліджень, які не використані при складанні функціоналів і виборі допустимих функцій, можуть бути враховані у вигляді додаткових умов.

Методика складання математичних моделей взаємодії робочих органів з ґрунтом у двомірному просторі на основі застосування прямого варіаційного числення включає такі етапи:

- побудову схеми дії сил на робочий орган і вибір системи відрахування;

- визначення закономірностей розподілу питомого тиску ґрунту на поверхні робочого органу

; (1)

- складання енергетичного функціоналу

; (2)

- знаходження голономних і неголономних рівнянь зв'язку, які вводять обмеження на профіль робочого органу з точки зору якісних показників його роботи, отриманих на основі раніше проведених досліджень

; (3)

- для задач з рухомими кінцями записуються рівняння кривих, які визначають допустиме положення кінцевих точок

; (4)

а також умов трансверсальності між кривими профілю робочого органу та кривими, які описують допустиме положення кінцевих точок

(5)

- вибір виду кривої, що описує профіль робочого органу та задовольняє кінцевим умовам записується у вигляді поліному

(6)

де С₁ ...С_n - коефіцієнти; чи у вигляді функції

(7)

або з використанням кубічних В-сплайнів

(8)

де (9)

Та ; (10)

- підстановку вибраних рівнянь у функціонал, диференціювання за коефіцієнтами і прирівнювання похідних до нуля

; (11)

- розв'язання одержаної системи із врахуванням рівнянь зв'язку та трансверсальності, знаходження значення коефіцієнтів С₁, С₂ ...С_і, які й визначають профіль робочого органу.

У табл.1 наведені рівняння, які описують профілі робочих органів для різних умов їх визначення.

Експериментальні дослідження показали, що обґрунтовані раціональні робочі органи відносно традиційних мають меншу енергоємність на 15...30%.

Таблиця 1 Рівняння кривих, які описують раціональні профілі робочих органів

Тип робочого органу	Умови визначення	Рівняння обґрунтованих кривих профілів робочих органів
Виштовхувач ґрун-ту з міждискового простору	Крива проходить через дві задані точки
Стійка ґрунтообробного робочого органу	Одна з граничних точок є плаваючою
Стійка ґрунтообробного робочого органу	З обмеженим кутом нахилу дотичної до кривої
Леміш, по боках якого встановлені направляючі диски	Крива з пере-хідною точкою
Леміш, по боках якого встановлені направляючі диски	З прямоліній-ною ділянкою
Леміш лобового різання	Із застосуванням кубічних В - сплайнів

З використанням наведеної методики також обґрунтовано профіль крила стрілчатої універсальної лапи у тримірному просторі. Функціонал для визначення тягового опору крила лапи має вигляд

, (12)

де х_с; у_с; х_В; х_А - координати відповідних точок; - кути між віссю ОХ, і відповідно, лініями ОС і А₁В₁.

Система рівнянь для визначення коефіцієнтів С_і має вигляд

(13)¶де

,

z = f(x; y) - рівняння поверхні крила стрілчастої лапи, яка визначається коефіцієнтами С_і.

Після рішення системи рівнянь визначалися значення коефіцієнтів С_і і будувався профіль крила лапи.

; (14)

- складання функціоналу

; (15)

- розбивання області інтегрування з рівномірним шагом на прості елементи у вигляді трикутників з присвоєнням їм і кутовим точкам номерів;

- кусково-лінійну апроксимацію поверхні показують у вигляді лінійної комбінації функцій

; (16)

де N - кількість вузлів; - базисна функція, яка визначається для всіх елементів, пов'язаних з вузлом , т - число елементів;

- призначаються номери вузлам i, j, k з суворим збереженням для кожного елемента порядку переміщення проти стрілки годинника та будується система функцій форми

(17)

де S - площа трикутника; е₀ - номер кінцевого елемента;

- задаються значення функцій для заданих кінцевих умов - ;

- диференціюється функціонал за С_k

 (18)

і після вирішення систем рівнянь знаходяться значення коефіцієнтів С_k.

підрізаючої лапи по її боках установлюють пасивні напрямні диски.

Розглянуто взаємодію плоского диска з ґрунтом, який рухається по лемешу. У теоретичних дослідженнях одержано рівняння граничної лінії, яка поверхню диска розділяє на дві зони тертя

, (19)

де R_д - радіус диска; R_i - відстань від осі обертання дисків до і-ї точки; - кут, який визначає положення і-ї точки на диску;

- кінематичний параметр дисків;

- відношення швидкостей руху ґрунту та робочих органів машини; k₁ - тангенс кута нахилу дотичної до кривої профілю лемеша.

Аналіз рівняння (19) щодо впливу сил тертя напрямних дисків на переміщення ґрунту по лемешу свідчить, що умови руху ґрунту покращуються при зменшенні радіуса дисків і кута нахилу лемеша, а також при збільшенні кінематичного параметра їх обертання та кількості ґрунту на лемеші.

Результати теоретичних розробок співпадають з експериментальними дослідженнями І.М.Дорожка з вивчення впливу радіусів напрямних дисків і кінематичних параметрів їх обертання на умови руху ґрунту по лемешу.

Витрати енергії на привод ротора, технологічна надійність роботи машини в цілому залежать від пропускної можливості розпушуючо-сепаруючого пристрою.

У результаті дослідження взаємодії ножа ротора з ґрунтом визначено залежність секундної подачі від параметрів ножа:

(20)

де

;

Крім того: R - радіус ротора;

- кутова швидкість обертання ротора;

- початковий кут входження ножа у ґрунт; - поточний кут повороту ножа ротора;

- кут між дотичною до ріжучої кромки ножа та радіусом-вектором; - товщина ножа ротора.

Аналіз рівняння (20) показав, що пропускну здатність розпушуючо-сепаруючого пристрою найбільш доцільно збільшувати за рахунок зменшення кута входження ножів ротора в ґрунт.

Вивчення процесу взаємодії ножа ротора з ґрунтом із застосуванням методу варіаційного числення дало змогу обґрунтувати профіль леза ножа машини для передпосівного обробітку ґрунту з мінімальними затратами енергії на функціонування її ротора

Z = 0,8x - 32x² +144x³ . (21)

Визначено також профіль леза ножа ротора з урахуванням зниження його захаращення рослинними рештками

(22)

Процес взаємодії з ґрунтом робочого органу у вигляді гнучкого елементу розглядався нами за гіпотезами та результатами досліджень Т.М.Гологурського, М.Х.Пігулевського, В.П.Горячкіна, Г.М.Сінєокова, А.М.Зеленіна, А.Кулена, А.Г.Цимбала та ін. При цьому була використана теорія граничного стану сипкого середовища.

А.М.Зеленіним була отримана залежність для визначення сил різання ножем сипкого середовища, в якому змішувальне сипке тіло розглядалося як тверде середовище в стані граничної рівноваги.

Аналіз отриманої залежності не дозволив А.М.Зеленіну відповісти на питання: „Чому при наближенні кута різання до нуля сила різання збільшується до нескінченності та його значення не співпадає з результатами експерименту?”

Тому А.М.Зеленін зробив висновок про те, що теорію тиску сипких тіл недоцільно використовувати для визначення сил різання ґрунту клином.

На основі використання результатів рішень системи диференційних рівнянь граничного стану сипкого середовища в точці було одержано рівняння для визначення сили різання клином ґрунту

, (23)

де - кут різання;

- кут тертя між ґрунтом і клином;

- щільність ґрунту;

- коефіцієнт зчеплення ґрунту,

де - кут внутрішнього тертя ґрунту.

Аналіз рівняння (23) показує, що збільшення сили різання до нескінченності при наближенні кута різання до нуля викликає відповідне збільшення довжини клина та сили його тертя по ґрунту. Якщо розглянути клин фіксованої довжини, то площа тертя не буде залежати від кута різання, а сила різання буде мати обмежену величину.

Одержані залежності узгоджуються з результатами експериментів Ю.А.Вєтрова, АМ.Зеленіна та І.Б.Ревута, що підтверджує ¶можливість використання теорії граничного стану сипучого середовища при вивченні процесу взаємодії робочих органів машин і знарядь з ґрунтом.

Рівняння динаміки руху шару ґрунту під дією гнучкого елемента в системі координат XOZ у вертикальній площині мають вигляд:

(24)

(25)

де h₀ - глибина ходу клина; - кут зсуву ґрунту; d_п - діаметр поперечного розрізу гнучкого елемента; - швидкість руху.

Після вирішення системи диференційних рівнянь отримані трансцендентні залежності кута кришіння ґрунту та відносної швидкості його руху по клину від кута внутрішнього тертя, поступової швидкості гнучкого елемента та діаметра його поперечного розрізу.

Аналіз згаданих вище залежностей показує, що кут кришіння гнучкого елемента практично не залежить від його діаметра та поступової швидкості і визначається, в основному, кутом внутрішнього тертя ґрунту, значення якого відповідають умові < 90⁰.

Під дією ґрунту гнучкий елемент приймає деяке положення в просторі, а центри ваги поперечних розрізів утворюють плавну просторову лінію. Розглянемо рівновагу елемента лінії центрів поперечних розрізів під дією нормального рівномірно розподіленого по всій його довжині тиску.

Диференційне рівняння, яке описує профіль лінії центрів ваги під дією зовнішніх сил на гнучкий робочий орган, має вигляд:

(26)

де Т₀ - натяг гнучкого елемента в початковій точці;

- кут нахилу дотичної в початковій точці;

q - питомий тиск ґрунту на робочий орган;

f - коефіцієнт тертя.

Розв'язок диференційного рівняння (33) має вигляд:

(27)

Натяг гнучкого елемента в різних його точках визначається рівнянням

(28)

Дослідження на екстремум рівняння (28) дозволили визначити відстань між стояками кріплення гнучкого елемента в повздовжньому та поперечному напрямках.

(29)

(30)

За результатами розв'язку трансцендентного рівняння (27) з використанням співвідношень (29)...(30) було побудовано профіль гнучкого елемента, який він займає під дією опору ґрунту. Для розрахунків приймали Т₀ = 2000 Н; q = 250 Н/м; = 45⁰ та f = 0,5. За результатами досліджень визначені: кути кріплення гнучкого елемента до переднього та заднього стояка - 81⁰ та 45⁰; довжина гнучкого елемента - 2,36 м; максимальний прогин - 0,12 м; відстань між стояками в повздовжньому та поперечному напрямках - 1,96 та 1,18 м.

При використанні ґрунтообробного робочого органу спільно з боронами, паровими та просапними культиваторами для зменшення габаритів агрегатів і спрощення їх конструкції стояки встановлюють шеренговим способом. У такому випадку робочий орган має повздовжню вісь симетрії, на якій умовно встановлюють задній стояк і при дослідженнях розглядають тільки половину гнучкого елемента.

Для обґрунтування профілю стояка використано прямий метод варіаційного числення Рітца. Рівняння кривої, яка описує профіль стояка, має вигляд:

(31)

Профіль стояка обґрунтовано із урахуванням його мінімального опору в ґрунті.

У четвертому розділі „Методика експериментальних досліджень” вказано, що метою експериментальних досліджень є перевірка достовірності результатів теоретичних досліджень, законо-мірностей розподілу тиску ґрунту на поверхні ножеподібних робочих органів, вивчення процесу взаємодії з ґрунтом робочих органів ґрунтообробних машин та їх параметрів, визначення якісних та енергетичних показників роботи, польові випробування. Описано стенди та пристрої для лабораторних досліджень, а також машини для обробітку орного, посівного та поверхневого прошарків ґрунту. Описано методики досліджень із застосуванням сучасних методів планування експериментів. Запропоновано методику визначення закономірностей розподілу тиску ґрунту на поверхні робочого органу за допомогою апроксимації результатів експериментальних досліджень з визначенням сумарних опорів його складових.

У п'ятому розділі „Експериментальні дослідження робочих органів ґрунтообробних машин” для визначення закономірностей розподілу тиску ґрунту на поверхні ножеподібного робочого органу було проведено повнофакторний експеримент. Визначався вплив глибини ходу та кута нахилу ножа на тяговий опір. Дисперсійний аналіз отриманих результатів показав, що вплив глибини ходу ножа на тяговий опір становить 97,9%, кута нахилу - 1,3%, їх парної взаємодії - 0,8%.

У результаті обробки результатів експерименту визначено закономірність розподілу проекції питомого тиску ґрунту на ножеподібному робочому органі.

, (32)

де z - поточна координата осі, направленої вертикально в глибину ґрунту.

Враховуючи те, що значення показника степеневого множника близьке до одиниці, можна зробити висновок про збіг одержаних результатів експериментальних досліджень з теоретичними дослідженнями Б.О.Нефьодова та М.М.Флайшера.

При вивченні процесу взаємодії ножа розпушуючо-сепаруючого пристрою з ґрунтом останній розглядався як квазіоднорідне трифазне середовище з можливістю визначення його реологічних властивостей як комбінації властивостей простих тіл. Це дозволяло розглядати ґрунт як послідовно та паралельно з'єднані між собою ідеально пружні, в'язкі та пластичні тіла.

У першій фазі при заглиблені ножа в ґрунт дотичні напруги не перевищують внутрішнього опору ґрунту зміщенню. У цьому випадку ґрунт веде себе як лінійно-деформоване середовище. Як тільки напруга досягає граничної рівноваги, в ґрунті починають виникати локальні пластичні деформації і перед ножем формується його наріст. У другій фазі ґрунт перебуває під дією наросту, який періодично змінюється. Цей процес триває доти, доки сили тертя наросту ґрунту по сепаруючій решітці, зчеплення з ґрунтом та опору його руху в ґрунті не забезпечать у ньому напруги, яка перевищує допустиму. З цього моменту починається третя фаза - скидання ґрунту з сепаруючої решітки.

Технологічна надійність роботи розпушуючо-сепаруючого пристрою визначається його пропускною спроможністю. Аналіз результатів досліджень з вивчення впливу параметрів робочих органів і вологості ґрунту на пропускну спроможність показав, що її можна підвищити, в основному, за рахунок збільшення кількості проходів ножа за одиницю часу та зменшення кута входження ножа в ґрунт.

Енергетичні показники роботи секцій комбінованої машини оцінювалися крутильним моментом привода ротора і тяговим опором машини. Середня величина крутильного моменту привода ротора з обґрунтованою формою профілю ножа менша відносно рівної - на 32%, опуклої - на 35%, угнутої - на 27%.

Середній тяговий опір однієї секції машини при вологості ґрунту 20%, твердості 9,7 Н/м², швидкості руху 2,09 м/с, частоті обертання ротора 2,5 с^-1 і глибині ходу лемеша 0,079 м дорівнює 910 Н.

Дворічні польові випробування комбінованої машини для передпосівної підготовки ґрунту та сівби кукурудзи, в порівнянні з традиційними машинами, показали, що на експериментальній ділянці сходи з'являлися на два дні раніше, а урожай підвищувався в середньому на 9,7% порівняно з контролем. Випробування машини для підготовки ґрунту під посів цукрових буряків показали, що коефіцієнт структурності ґрунту в насіннєвому прошарку збільшується в 1,7 раза в порівнянні з традиційним способом.

Обробіток ґрунту експериментальною машиною позитивно вплинув на накопичення та збереження вологи в ґрунті (табл. 2). Протягом усього періоду вегетаційного розвитку рослин на ділянках, оброблених експериментальною машиною, вологість ґрунту перевищувала контроль в середньому на 3...4%. Зменшення запасів вологи у вересні в порівнянні з контролем можна пояснити виносом вологи більш високим урожаєм.

Таблиця 2 Динаміка вологості в ґрунті, %

Строк спостереження	Липень
Глибина, см	0...10	10...20	20...30	30...40	40...50
Контроль	11,3	12,8	13,6	15,8	15,6
Експериментальна ділянка	14,9	15,3	16,4	16,9	17,3
Строк спостереження	Червень
Глибина, см	0...10	10...20	20...30	30...40	40...50
Контроль	10,9	16,1	17,9	18,4	17,8
Експериментальна ділянка	15,7	19,4	18,9	17,9	17,8
Строк спостереження	Вересень
Глибина, см	0...10	10...20	20...30	30...40	40...50
Контроль	14,1	13,9	16,0	16,4	16,7
Експериментальна ділянка	11,6	12,8	16,1	16,2	15,3

Спостереження за динамікою появи сходів показали, що на експериментальних ділянках вони з'явилися на три-чотири дні раніше, ніж на контролі. Забур'яненість посівів у зоні обробітку ґрунту експериментальною машиною, з урахуванням строків спостереження, була на 25 - 40% нижча у порівнянні з контролем. Урожайність цукрових буряків на експериментальній ділянці приблизно на 30% перевищувала контроль.

Якісні показники роботи машини для оптимізації орного шару ґрунту визначалися при догляді за чорним паром, в порівнянні з показниками роботи парового культиватора КПС-4. Глибина обробітку ґрунту в обох варіантах становила 0,1 м. Дані про структурний склад ґрунту на двох варіантах наведені в табл. 3. Коефіцієнт структурності ґрунту після його обробітку експериментальною машиною майже у 2,5 рази перевищував контроль.

Таблиця 3 Структурний склад ґрунту в прошарку 0-10 см, %

Розміри грудочок, мм	Контроль	Експериментальний варіант
	0...5	5...10	15...25	0...5	5...10	15...25
> 10 10...7 7...5 5...3 3...2 2...1 1...0,5 0,5...0,25 < 0,25 Кстр.*	45,01 8,31 7,45 9,93 9,15 12,90 1,50 3,34 2,38 1,27	43,40 10,27 6,77 9,36 8,52 15,28 1,36 2,94 2,10 1,20	46,00 10,40 7,90 9,60 8,10 11,90 1,40 2,70 2,20 1,08	11,40 5,20 4,40 7,00 11,70 34,60 3,40 11,80 11,30 3,41	25,00 9,50 7,00 8,00 11,30 22,00 2,70 10,90 1,70 2,72	47,20 10,60 8,10 10,40 8,40 9,00 1,40 2,60 1,60 1,05

* коефіцієнт структурності ґрунту.

Дані про динаміку вологості ґрунту по прошарках показані в табл. 4. По всіх прошарках ґрунту на експериментальному варіанті вологість перевищувала контроль на 1...2%.

Таблиця 4 Вологість ґрунту, %

Глибина, см	Квітень	Червень
	Контроль	Експериментальний варіант	Контроль	Експериментальний варіант
0...5 5...10 15...25 30...40	16,33 21,33 25,03 23,34	18,19 23,48 24,29 25,18	15,59 20,25 21,37 22,34	17,95 21,37 23,70 24,86

Експериментальні дослідження показали, що профіль гнучкого елемента, який він займає під дією опору ґрунту, практично співпадає з профілем, отриманим у результаті теоретичних досліджень.

Для перевірки результатів теоретичних досліджень з обґрунтуванням профілю стояка кріплення гнучкого елемента був проведений експеримент для визначення тягового опору відомого долотоподібного та обґрунтованого стояків. Останній щодо першого мав менший тяговий опір приблизно на 30%.

Вивчення впливу швидкості руху гнучкого елемента на вирівняність поверхні ґрунту показало, що при збільшенні швидкості до 2,5 м/с значення коефіцієнта варіації поверхні ґрунту зменшується. Це пояснюється збільшенням накопичення ґрунту перед гнучким елементом при зростанні швидкості його руху. При подальшому її зростанні вирівняність поверхні поля погіршується через збільшення розкидування ґрунту.

При збільшенні швидкості руху у 5 разів його тяговий опір збільшується в 3 рази. Це пояснюється відносно малими розмірами поперечного розрізу робочого органу.

Якісні показники роботи експериментального робочого органу при міжрядковому обробітку посівів кукурудзи, в порівнянні з традиційними робочими органами, наведено в табл. 5. Кількість агрономічно цінних грудок (20...1 мм) у поверхневому прошарку ґрунту при обробітку плоскоріжучими лапами-бритвами складає 32,8%, долотоподібними - 57%, експериментальним робочим органом - 82,6%.

При збільшенні швидкості руху у п'ять разів питомий опір підвищується приблизно втричі. При зменшенні кута постановки гнучкого елемента до напрямку руху знижується його тяговий опір. Для традиційних підрізаючих робочих органів різниця в аналогічних залежностях пояснюється відносно малою площею тертя гнучкого елемента.

Установлення гнучкого елемента на останньому ряду зубової борони забезпечує зниження коефіцієнта варіації мікронерівностей поверхні поля на 40...50%. Застосування на культиваторі КПС-4 робочого органу з гнучким елементом дозволяє знизити коефіцієнт варіації до 1,23 - на 80,7% в порівнянні з контролем.

Таблиця 5 Структурний склад ґрунту після його міжрядного обробітку різними типами робочих органів

Варіант обробітку ґрунту	Кількість фракцій (%)
	> 20 мм	20...10 мм	10...5 мм	5...1 мм	1...0,25 мм	< 0,25 мм
Плоскоріжучі лапи-бритви	53,60	6,60	8,20	18,00	12,40	1,20
Долотоподібний стояк	23,10	11,20	12,25	34,20	17,50	1,75
Експериментальний робочий орган	4,20	7,40	18,30	56,90	11,60	1,60

Порівняльні польові випробування робочого органу з гнучким елементом проводилися при вирощуванні кукурудзи на силос. Експеримент складався з двох варіантів: в першому передпосівний обробіток ґрунту проводився культиватором КПС-4 із середніми зубовими боронами (контроль), в другому - тим же культиватором з гнучким елементом. Застосування гербіцидів дало можливість виключити з технології міжрядні обробітки ґрунту. У поверхневому прошарку ґрунту (до 0,05 м) коефіцієнт структурності в експериментальному варіанті був приблизно втричі більший, ніж на контролі (табл. 6).

Таблиця 6 Структурний склад ґрунту після обробітку його робочим органом з гнучким елементом

Строк	Варіант	Кількість грудок, %	Коефіцієнт структурності	Коефіцієнт водостійкості
		> 10 мм	0,25...10 мм	< 0,25 мм
Перед сівбою	Контроль	45,0	52,6	2,38	1,27	0,60
	Експеримент	11,4	77,3	11,30	3,41	0,62
Фаза цвітіння	Контроль	28,6	55,5	15,80	1,25	0,72
	Експеримент	7,1	76,3	16,00	3,26	0,71

Щільність поверхневого прошарку ґрунту в початковий і завершальний періоди розвитку рослин в експериментальному варіанті була приблизно на 10% нижчою, ніж на контролі. Дані про динаміку вологості свідчать про те, що максимальна різниця у вологості (5...6%) припадала на період інтенсивного росту рослин. Урожайність кукурудзи на дослідних ділянках склала 581 ц/га, що перевищило її урожайність на контролі приблизно на 20%.

У шостому розділі „Удосконалення технології вирощування просапних культур” проведені дослідження для визначення шляхів зменшення негативної дії на грунт і рослини ходової системи інтегрального орно-просапного трактора класу 3 типу ХТЗ-121. Результати досліджень показали,

що при використанні в технології вирощування цукрових буряків трактора ХТЗ-12131 ущільнення ґрунту по слідах ходових систем у середньому на 2...3% більше у порівнянні з трактором Т-70С, а також зменшується в середньому на 4...7% урожайність в рядках біля проходів коліс трактора.

Питомий тиск ходової системи трактора ХТЗ-12131 на ґрунт складає близько 1,5 кг/см², що не дозволяє використовувати трактор у ранні весняні строки. Тому запропоновано застосовувати на тракторі широкопрофільні шини низького тиску Ф 229, що дозволить зменшити питомий тиск до рівня гусеничного трактора і навіть нижче (0,3 кг/см²). Дослідження показали, що при роботі трактора з широкопрофільними шинами ґрунт під дією його ходової частини сприяє збільшенню щільності всього на 2...4%, а залишкова деформація розповсюджується на глибину не більше 0,2 м.

Для зменшення негативного впливу ходової системи трактора на рослини при догляді за ними запропоновано розширити міжряддя, по яких переміщуються колеса при колії 2950 мм із 45 до 70 см і тому технологію вирощування цукрових буряків з такою організацією роботи агрегатів прийнято називати „колійною”.

У дослідженнях для визначення площі ущільнення запропоновано замінити визначення середньовагомого ущільнення диференційним за кількістю проходів по одному і тому сліду. Результати досліджень свідчать, що при використанні традиційного 12-рядкового комплексу машин з трактором Т-70С менше 3% площі залишається без ущільнення, а при використанні 18-рядкового комплексу з трактором ХТЗ-12131 неущільнена площа збільшується до 8%. У „колійній” технології на передпосівному обробітку ґрунту, сівбі та догляду за рослинами неущільнена площа поля збільшується до 75%.

Упровадження у виробництво „колійної” технології вирощування цук-рових буряків сприяло зменшенню в 1,5 рази кількості проходів агрегатів по полю за рахунок збільшення ширини їх захвату та об'єднання технологічних операцій, поліпшенню умов розвитку рослин біля колій за рахунок крайового ефекту, зменшенню від 33 до 22% кількості рослин, ушкоджених ходовими системами тракторів, і можливості удосконалення технології в напрямку переведення цукрових буряків у непросапну культуру.

У сьомому розділі „Практична реалізація та економічна ефективність результатів досліджень” проведено впровадження результатів досліджень у виробництво і техніко-економічне їх обґрунтування. Результати теоретичних і експериментальних досліджень використані інститутом „Машин і систем” для розробки технічної документації на виготовлення ґрунтообробної машини КПР-3,2, ВАТ „ХТЗ” і Галещинський машзавод виготовили її дослідний зразок. Кіровоградським проектно-конструкторським інститутом виготовлена комбінована машина для передпосівного обробітку ґрунту і сівби кукурудзи, а на кафедрі механізації ХНАУ ім. В.В.Докучаєва - макети секцій для обробітку ґрунту під сівбу цукрових буряків.

Розрахунки техніко-економічних показників роботи машини для оптимізації орного шару ґрунту визначили, що її застосування для догляду за чорним паром дозволяє, в порівнянні з традиційними ґрунтообробними знаряддями, зменшити кількість проходів агрегатів по полю приблизно у два рази, витрати праці - на 43,8%, пального - на 44,9%, коштів - на 3,49 грн/га, річний економічний ефект на одну машину складає 1047 грн.

Застосування комбінованої машини при вирощуванні кукурудзи дозволяє зменшити, в порівнянні з використанням культиватора КПС-4 і сівалки СУПН-8, витрати праці - на 37,8%, палива - на 49,1%, коштів - на 0,84 грн/га. З урахуванням підвищення урожайності кукурудзи економічний ефект від застосування комбінованої машини складає 37,84 грн/га і 2838 грн за рік . Її використання при вирощуванні цукрових буряків забезпечує економічний ефект в розмірі 308,6 грн/га і 23145 грн за рік на одну машину.

Конструкція робочого органу з гнучким елементом не складна і його можна виготовити в умовах майстерні господарства. Використання цього органу на культиваторі КПС-4 замість зубових борін забезпечує зниження (за рахунок зменшення тягового опору) витрат праці при обробітку на 9,4%, пального - 12,5%, коштів - на 0,64 грн/га, річний економічний ефект на одне знаряддя складає 192 грн.

Розроблено рекомендації використання трактора типу ХТЗ-121 з набором високопродуктивної техніки в науково обґрунтованій технології вирощування цукрових буряків. Результати досліджень використані при складанні технічних завдань для виготовлення сівалок ССТ-18В, ССТ-18М і УПС-18 та культиватора КУН-8,1. „Колійна” технологія вирощування цукрових буряків упроваджена з 2000 р. на площі біля 1500 га в дослідному господарстві Інституту цукрових буряків „Пархомівське” Краснокутського району Харківської області з економічним ефектом 453,7 грн/га та з 2003 р. у СТОВ „Дружба” Магдалинівського району Дніпропетровської області з економічним ефектом 643,5 грн/га. Упровадження результатів досліджень у виробництво дозволило, в порівнянні з використанням традиційного комплексу машин, забезпечити економію витрат енергії на 21,8%, праці - на 44%, коштів - на 0,8%.

ВИСНОВКИ

Одною з причин малоефективного використання земельних ресурсів в Україні є застосування ґрунтообробної техніки, яка не забезпечує раціональної дії на ґрунт з точки зору досягнень сучасної агрономічної науки та еколого-економічних вимог.

Використовуючи комплексний підхід, вирішена наукова проблема зменшення енергоємності ґрунтообробних робочих органів із заданими параметрами якості обробітку ґрунту, створення еколого-економічних технологічних процесів оптимізації агрофізичних властивостей ґрунту, еколого-економічного удосконалення технологій вирощування просапних культур із застосуванням інтегральних тракторів тягового класу 3.

1. Аналіз результатів досліджень сучасної агрономічної науки показав, що забезпечення вимог агротехніки та оптимізація в ґрунті агрофізичних умов створюється при диференціації орного шару за щільністю та структурним складом:

- у зоні розвитку кореневої системи щільність ґрунту повинна бути в залежності від його типу та виду сільськогосподарської культури в межах 1,0...1,3 г/см³, а в наднасіннєвому прошарку необхідно створити ущільнений прошарок (1,1...1,2 гсм³) для зменшення непродуктивних витрат вологи;

- в насіннєвому прошарку розмір грудочок повинен бути в межах 0,25...10 мм, а наднасінневому прошарку - 5...20 мм.

2. Для створення рослинам в ґрунті оптимальних агрофізичних і еколого-економічних умов робочі органи підрізаючого типу необхідно обладнати пристроєм кришіння та сепарації його за структурним складом.

Створення в поверхневому шарі (до 4 см) ущільненого прошарку, а також розпушування ґрунту з мінімальним його перемішуванням можливе при застосуванні робочого органу з гнучким елементом у вигляді дроту або троса.

3. Зниження на 15...30 % енергоємності обробітку ґрунту за заданими параметрами якості його проведення забезпечується удосконаленням профілів робочих органів із застосуванням методів прямого варіаційного числення.

При цьому рішення задач землеробної механіки в тримірному просторі спрощується при апроксимації шуканої поверхні з використанням методу кінцевих елементів.

4. Технологічна надійність і мінімальна енергоємність розпушуючо-сепаруючих робочих органів машин для оптимізації агрофізичних властивостей ґрунту забезпечуються наступними параметрами:

- відстань між направляючими дисками повинна бути, в залежності від глибини ходу, не менше 0,05...0,10 м, винос осі їх обертання щодо носка лемеша - 0,04...0,05 м;

- кут входження ножа ротора в грунт повинен становити менше 40⁰;

- профілі ножа ротора з точки зору зниження витрат енергії на привід із врахуванням зменшення можливості забивання його рослинними рештками доцільно виконувати у відповідності з рівняннями (21) і (22):

...