Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Повышение эффективности технологии основной обработки почвы совершенствованием рабочих органов плугов общего назначения

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Уфаев Алексей Геннадьевич

Саратов 2008

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бойков Василий Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ивженко Станислав Андреевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Соколов Николай Михайлович

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИИТиН)

Защита диссертации состоится 28 ноября 2008 года в 12 часов на заседании совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» 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 2008 г. и размещен на сайте: www. sgau.ru «24» октября 2008 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Н.П. Волосевич.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Основная обработка почвы является самой ресурсозатратной и энергоемкой операцией при производстве растеневодческой продукции. На ее долю приходится около половины всех энергоресурсов сельского хозяйства. Вместе с тем, основная обработка существенно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.

В настоящее время, как у нас в стране, так и за рубежом, для основной обработки почвы традиционно применяются плуги общего назначения, агрегатируемые с тракторами различного тягового класса, которые комплектуются корпусами для выполнения отвальной и безотвальной обработки почвы. Применяемые плуги обеспечивают требуемое качество обработки почвы с минимальным тяговым сопротивлением только в случае обработки пахотного слоя, находящегося в оптимальном физическом состоянии. При высокой и низкой влажности или твердости почвы, качество крошения почвы и другие показатели не всегда соответствуют агротехническим требованиям.

Основными деталями плуга, определяющими качественные и энергетические показатели выполнения технологического процесса основной обработки почвы, являются лемеха и отвалы корпусов плугов.

Обработка пахотного слоя плугами общего назначения сопровождается образованием у лемеха затылочной фаски, при этом на дне борозды образуется уплотненный слой почвы или плужная «подошва», которая отрицательно влияет на качество обработки почвы и является причиной увеличения тягового сопротивления плуга и недопустимого износа лемехов. При обработке почв высокой влажности происходит интенсивное залипание корпусов плугов. Для разрушения плужной «подошвы» применяются различные чизельные плуги, которые по качественным показателям обработки почвы уступают плугам общего назначения.

Следовательно, актуальность научной задачи заключается в объединении положительных сторон корпусов плугов общего назначения и чизельных рабочих органов, путем создания новых комбинированных отвальных и безотвальных рабочих органов, что повысит эффективность технологического процесса основной обработки почвы. Исследования выполнены в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» им. Н.И. Вавилова по теме №4 «Разработка технического обеспечения аграрных технологий», раздел №4.2. «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин для основной обработки почвы» и «Региональной программой развития сельского хозяйства Саратовской области до 2012 года» (№260 ПР распоряжение правительства Саратовской области).

Цель работы. Повышение качества основной обработки почвы и снижение тягового сопротивления плугов общего назначения, за счет применения комбинированных отвальных и безотвальных рабочих органов.

Объект исследований. Технология основной обработки почвы пахотными агрегатами с плугами общего назначения, оснащенными комбинированными рабочими органами.

Предмет исследований. Закономерности снижения энергоемкости и повышения качества основной обработки почвы при взаимодействии с обрабатываемым пахотным слоем новым комбинированным лемехом и комбинированными отвальными и безотвальными рабочими органами плугов общего назначения.

Методика исследования. Общая методика исследований предусматривала разработку механико-технологического обоснования комбинированных рабочих органов плугов общего назначения. Теоретические исследования рабочих органов выполнялись с использованием основных положений классической механики, математики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных, лабораторно-полевых и эксплуатационных условиях в соответствии с действующими ГОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментов выполнялась с использованием статистических методов с применением ПК.

Научная новизна. Разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема нового комбинированного лемеха и комбинированных рабочих органов для основной отвальной и безотвальной обработок почвы плугов общего назначения. Получены аналитические выражения, позволяющие определить основные параметры данных рабочих органов.

Практическая значимость. Разработанные новый комбинированный лемех и комбинированные рабочие органы к плугам общего назначения, снижают себестоимость механизированных работ на 7,5 - 8%. Плуги, укомплектованные новыми комбинированными лемехами и комбинированными рабочими органами, обеспечивают повышение качественных показатели обработки почвы на 7-11% при соблюдении всех агротехнических требований, имеют более низкие энергетические затраты в сравнении с серийными, что ведет к снижению погектарного расхода дизельного топлива на 13%. Опытные комбинированные лемеха и комбинированные рабочие органы испытывались на Поволжской МИС г.Кинель Самарской области и внедрены в ряде хозяйств Саратовской области.

Реализация результатов исследований. Новые комбинированные лемеха и комбинированные рабочие органы, установленные на плуги общего назначения использовались для отвальной и безотвальной обработки почвы на полях СХА «Алексеевская» Б.-Карабулакского района Саратовской области, на полях крестьянско-фермерского хозяйства «И.П. Н.В.Бессчетнов» Екатериновского района Саратовской области. Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и машиностроительными заводами при разработке корпусов почвообрабатывающих машин, а также в учебном процессе по дисциплине «Сельскохозяйственные машины».

Апробация. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях кафедр «Сельскохозяйственные машины» и «Технология металлов и материаловедения» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2002-2008 гг, Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А. Г. Рыбалко, Саратов, 11-12 июля 2006 г, Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В.Красникова. Саратов, 1-3 октября 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ общим объемом 2,12 печатных листа, из них лично соискателю принадлежат 1,545 п.л., в том числе 1 статья - в издании, поименованном в «Перечне ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ, объемом 0,3 п.л. полностью принадлежащая автору и патент на изобретение РФ № 2195093. Остальные работы опубликованы в сборниках научных трудов и материалах научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 46 рисунков, 6 фотографий и 14 приложений. Библиографический список включает 137 наименований, в том числе 12 на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- исследование технологических процессов отвальной и безотвальной обработки почвы, выполняемых плугами общего назначения и чизельными плугами;

- теоретическое обоснование рационального технологического процесса основной обработки почвы;

- конструкторско-технологические схемы комбинированных лемехов повышенного ресурса и рабочих органов к плугам общего назначения;

- аналитические зависимости для определения основных параметров комбинированного лемеха и комбинированных рабочих органов плугов общего назначения.

Содержание работы

В введении обоснована актуальность и значимость темы.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования», рассмотрены результаты исследований плугов общего назначения и чизельных плугов, применяемых для основной отвальной, безотвальной и чизельной обработки почвы и произведен анализ их работы. Рассмотрены пути повышения эффективности основной обработки почвы.

Исследованиями В.П. Горячкина, Н.В. Щучкина, П.Н. Бурченко, П.У. Бахтина, М.Н. Летошнева, И.М. Панова, Г.Н. Синеокова, В.А. Сакуна, А.Б. Лурье, А.И. Зеленина, В.И. Виноградова, В.А. Бахмутова, В.М. Бойкова и др. установлено, что при обработке почв высокой влажности происходит интенсивное залипание корпусов плугов общего назначения, а при обработке почв высокой твердости происходят частые поломки лемехов. В результате качество выполнения технологического процесса основной обработки почвы значительно снижается, т.е. не полностью соответствует агротехническим требованиям.

При движении плуга в почве происходит интенсивное уплотнение дна борозды, образуется так называемая плужная «подошва», которая отрицательно влияет на качество обработки почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Для ликвидации плужной «подошвы» применяется глубокое рыхление почвы, которое обычно выполняется чизельными плугами. Однако применение чизельных плугов и приспособлений к ним вместо плугов общего назначения не обеспечивает высокое качество основной обработки почвы. Поэтому, актуальной задачей является объединение положительных сторон корпусов плугов общего назначения и чизельных плугов в виде создания комбинированного рабочего органа, обеспечивающего повышение качественных показателей работы и снижение тягового сопротивления плуга, которым будет комплектоваться рама плугов общего назначения, является актуальной задачей.

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

- исследовать технологические процессы отвальной и безотвальной обработок почвы, выполняемых плугами общего назначения и чизельными плугами и наметить направления их совершенствования;

- теоретически обосновать рациональный технологический процесс основной обработки почвы и конструкторско-технологические схемы комбинированных лемехов повышенного ресурса и комбинированных рабочих органов плугов общего назначения, улучшающих качество обработок почвы;

- разработать аналитические зависимости для определения основных параметров комбинированного лемеха повышенного ресурса и рабочих органов плугов общего назначения;

- в лабораторно-полевых и хозяйственных условиях провести экспериментальные исследования пахотных агрегатов с плугами общего назначения укомплектованных предложенными рабочими органами в сравнении с серийными корпусами;

- определить экономическую эффективность применения плугов общего назначения с предложенными рабочими органами в хозяйственных условиях.

Во втором разделе «Теоретические исследования повышения эффективности технологического процесса основной обработки почвы и обоснование комбинированных рабочих органов общего назначения» проведен анализ технологических процессов, выполняемых плугами общего назначения и чизельными плугами, рассмотрен процесс образования плужной «подошвы», обоснован рациональный технологический процесс основной обработки почвы и обоснованы конструктивные схемы новых комбинированных лемехов и рабочих органов, и определены их основные параметры.

При выполнении технологических процессов отвальной и безотвальной обработки почвы лемешными корпусами на дне обрабатываемого пахотного слоя образуется уплотненный слой почвы или плужная «подошва». Процесс образования плужной «подошвы» (рисунок 1) происходит следующим образом: сила тяжести плуга G через затылочную фаску 4 лемеха 1 или поверхность n-n, расположенную под отрицательным углом в к направлению движения плуга, уплотняет или «замазывает» дно борозды на величину С.

Рисунок 1. Схема образования плужной «подошвы» лемешными рабочими органами плугов общего назначения: 1 - лемех; 2 - пахотный слой; 3 - подпахотный слой; 4 - затылочная фаска лемеха.

В этом случае, твердость плужной «подошвы» будет определяться твердостью подпахотного слоя, деформациями и напряжениями, возникающими в плужной «подошве» от действия силы тяжести плуга. Принимаем, что на глубине обработки почвы a, где происходит взаимодействие затылочной фаски лемеха с обрабатываемым слоем почвы, почва имеет определенную твердость Н. Тогда, твердость плужной «подошвы» будет определяться по следующему выражению:

Н_п = Н + н G cosв/2рh_п, (1)

где Н_п - твердость плужной «подошвы», МПа; Н - твердость почвы на глубине взаимодействия затылочной фаски лемеха с пахотным слоем, МПа; - коэффициент пропорциональности; н - коэффициент концентрации почвы; G - сила тяжести плуга, Н; в - угол затылочной фаски лемеха, град; h_п - расстояние от плоскости затылочной фаски лемеха до места, в котором определяется напряжение почвенного слоя, м.

Анализируя полученную формулу (1), можно сделать вывод, что величина твердости плужной «подошвы», возникающей при взаимодействии затылочной фаски лемехов корпусов плуга с пахотным слоем пропорциональна твердости почвы на глубине взаимодействия затылочной фаски лемеха с пахотным слоем, силе тяжести плуга, углу затылочной фаски лемехов и обратно пропорционально квадрату расстояния от плоскости затылочной фаски лемехов до места, в котором определяется твердость почвы. Можно заключить, что интенсивность уплотнения почвы затылочной фаской лемеха неравномерна по глубине подпахотного слоя, т.е. структура плужной «подошвы» отличается от структуры пахотного слоя. Величина уплотнения почвы в плужной «подошве» нелинейно уменьшается с увеличением глубины подпахотного слоя. Максимальное уплотнение подпахотного слоя будет в месте контакта затылочной фаски лемеха и подпахотного слоя. Расчет зоны уплотнения среднесуглинистых почв на основании выражения (1) составляет 4 - 5 см, при этом твердость почвы в этой зоне может достигать 5,5 МПа.

Одним из приемов почвоуглубления и разрушения плужной «подошвы» является чизелевание. Рассматривая основную обработку почвы в агрономическом аспекте, целесообразно объединить технологический процесс основной обработки почвы, выполняемый корпусами плугов общего назначения и чизельными рабочими органами. Такая комбинация технологических процессов будет положительно влиять на качество основной обработки почвы. почва плуг чизельный

Возможны следующие два варианта комбинаций технологических процессов основной обработки почвы (рисунок 2 и рисунок 3). По первому варианту, первоначально ведется обработка почвы отвальным рабочим органом рисунок 2(а), а затем чизельным рабочим органом рисунок 2(б). По второму варианту, обработка почвы производится первоначально чизельным рабочим органом рисунок 3(а), а затем отвальным рабочим органом рисунок 3(б).

Используя рациональную формулу академика В.П. Горячкина, тяговое сопротивление почвообрабатывающего орудия, выполняющего технологический процесс по первому варианту, будет иметь следующий вид:

. (2)

Тяговое сопротивление почвообрабатывающего орудия, выполняющего, технологический процесс по второму варианту:

, (3)

где: R_П - тяговое сопротивление плуга, Н; G - сила тяжести плуга, Н; f - коэффициент трения материала корпуса плуга о почву; n - число корпусов плуга, шт; k и k_П - коэффициенты, характеризующие способность почвенного пласта сопротивляться деформациям при обработке почвы лемешно-отвальными и чизельными рабочими органами, Н/м²; a - глубина обработки почвы, м; Дa - глубина почвоуглубления, м; b - ширина захвата корпуса плуга, м; b₂ - ширина долота чизельного рабочего органа, м; е - коэффициент, зависящий от формы отвала и свойств почвы, кНс²/м⁴; х - поступательная скорость плуга, м/с.

Рисунок 2. Схема выполнения комбинированного технологического процесса основной обработки почвы. Первый вариант.

Рисунок 3. Схема выполнения комбинированного технологического процесса основной обработки почвы. Второй вариант.

Расчет тягового сопротивления плугов выполняющих технологический процесс по первому варианту и по второму варианту показал, что тяговое сопротивление имеет одинаковую величину, т.к. площадь сечения обрабатываемого пахотного слоя в первом и втором вариантах одинакова. При расположении чизельного рабочего органа впереди или на отвальном рабочем органе представляется возможность исключить влияние образующейся за лемешными рабочими органами плужной «подошвы» на тяговое сопротивление чизельного рабочего органа, а за счет снижения тягового сопротивления чизельного рабочего органа, возможно снизить общее тяговое сопротивление комбинаций чизельного и отвального рабочих органов.

Рассматривая процесс деформации пласта почвы чизельным рабочим органом на основании механики разрушения материалов, можно заключить, что деформация пласта имеет сложный характер, т.е. разрушение пласта происходит вследствие упругих и пластических деформаций, возникающих первоначально при сжатии, а затем при «вырыве» за счет растяжения пласта почвы плоским долотом.

Исследуя процесс обработки почвы установлено, что минимальную энергоемкость и максимальную степень крошения почвы, возможно получить при разрушении пахотного горизонта за счет чистого сдвига, при этом одновременно реализуются деформации растяжения и сжатия в обрабатываемом пахотном слое. В этом случае, исходя из теории сопротивления материалов: _экв, где и - главные напряжения, Н/м², _экв - эквивалентное напряжение, Н/м². Принципиальное решение этого вопроса основано на решении определения перемещения и напряжения в толстостенном цилиндре. В случае, когда цилиндр имеет бесконечно большую толщину, напряжения в цилиндре, нагруженного внутренним давлением, определяется из следующего условия:

, (4)

где - разрушающее напряжение цилиндра, Н/м²; p - внутреннее давление в цилиндре, МПа; a₂ - внутренний радиус цилиндра, м; r₂ - текущий радиус цилиндра, м; _экв - эквивалентное или приведенное напряжение, Н/м².

При этом эквивалентное напряжение будет определяться по следующему выражению: _экв =2р, т.е., разрушение материала происходит при напряжениях, величина которых в два раза меньше внутренних давлений. У цилиндра с бесконечно большой толщиной стенки радиальное напряжение в любой точке равно окружному и все точки находятся в состоянии чистого сдвига. Используя полученный результат и объединяя полевую доску корпуса плуга с долотом чизельного рабочего органа, комбинированный лемех будет иметь следующий вид (рисунок 4). Техническая новизна комбинированного лемеха подтверждена патентом РФ №210245(автор Бойков В.М. и др.). При этом прочность полевой доски будет определяться по следующему выражению:

6R₃?₁ = a₃ b₅² k₂ [у₁], (5)

где R₃ - сила, действующая на наральник комбинированного лемеха, Н; ?₁ - длина долота, м; ?₂ - длина полевой доски, м; a₃ - ширина полевой доски, м; b₅ - высота полевой доски, м; k₂ - коэффициент запаса прочности; [у₁] - предельное напряжение разрушения материала лемеха, Н/м².

На базе комбинированного лемеха была разработана рабочая часть серийного отвального (корпус ПЛЕ-21) и безотвального рабочего органа (лапа подрезающая ЛП-0,35 (стойка СибИМЭ)) (рисунок 5). Техническая новизна предлагаемого решения подтверждена патентом РФ №2169998 (автор Бойков В.М. и др.).

Рисунок 4. Схема комбинированного лемеха: 1 - полевая доска; 2 - долото выпуклой формы.

Рисунок 5. Схема рабочей части отвального корпуса плуга общего назначения: 1 - полевая доска; 2 - долото; 3 - лемех (нож).

Установлено, что налипание почвы на отвал происходит при условии:

м·у_п+ А > с₀ +у_п ·tgц, (6)

где м -коэффициент внутреннего трения почвы при высокой влажности почвы; у_п - нормальное напряжение, действующее на почвенный элемент, Н/м²; А - адгезия, Па; с₀ - сила сцепления частиц почвы, приходящая на единицу площади (когезия), Па; ц - угол внутреннего трения почвы при оптимальной влажности почвы.

Анализ процесса залипания отвала корпуса плуга на основании неравенства (6) показал, что за счет уменьшения площади контакта отвала с пахотным слоем, повышается величина нормального давления или нормального напряжения и снижается залипание отвала корпуса плуга. При этом увеличение нормального давления приводит к уменьшению коэффициента трения - скольжения почвы по металлической поверхности. На основании полученных результатов схемы отвальных и безотвальных комбинированных рабочих органов будут иметь следующий вид (рисунок 6 и рисунок 7). Техническая новизна предлагаемых комбинированных рабочих органов подтверждена патентами РФ №2130245 и №2154928 (автор Бойков В.М. и др.).

Рисунок 6. Схема комбинированного отвального рабочего органа: 1 - долото; 2 - лемех (нож); 3 - отвал; 4 - стойка.

Рисунок 7. Схема комбинированного безотвального рабочего органа: 1 - долото; 2 - лемех (нож); 3 - полевая доска; 4 - стойка.

Тяговое сопротивление плуга общего назначения с комбинированными рабочими органами определится по следующему выражению:

R_П = 0,75(Gf+kabn+еabnх²)+0,5n[у]b₆[(?₁-b₆/2)+рb₆/8+0,5(р/2-1)(?₁--b₆/2)], (7)

где n - число корпусов плуга, шт; [у] - предельное напряжение растяжения пахотного слоя (почвы), Н/м²; ?₁ -длина долота, м; b₆ -ширина долота, м. Второй член формулы (7) определяет усилия, затрачиваемые при разрушении пахотного слоя долотом, а первый член определяет силу, необходимую на дальнейшее разрушение или крошение пахотного слоя лемехом (ножом) и перемещение раскрошенной почвы плоским отвалом. Для анализа формулы (6) был проведен расчет тягового сопротивления плуга общего назначения ПЛН-5-35, с серийными и отвальными комбинированными рабочими органами. Результаты расчетов представлены графиком (рисунок 8).

Рисунок 8. Зависимость тягового сопротивления R_п плуга ПЛН-5-35 от скорости движения х агрегата: 1 - тяговое сопротивление плуга ПЛН-5-35 с комбинированными рабочими органами (при глубине обработки 0,3 м); 2 и 3 - тяговое с противление плуга ПЛН-5-35 с серийными корпусами (при глубине обработки 0,25м и 0,3м соответственно).

Анализ зависимостей (рисунок 8) показывает, что при обработке пахотного слоя комбинированными рабочими органами, у которых отвальный рабочий орган движется на глубине 0,25 м, а долото на глубине 0,3 м (рисунок 8 - позиция 1), по сравнению с плугом, комплектованным серийными корпусами, производящим обработку почвы на 0,25 м, а затем на 0,3 м (рисунок 8 - позиция 2 и 3), тяговое сопротивление плуга с комбинированными рабочими органами в первом случае меньше на 7,36%, а во втором случае меньше на 20,9%, чем у плуга с серийными корпусами.

Основные параметры комбинированного лемеха (рисунок 4): радиус долота r₃ = 0,05 м, длина долота ?₁ = 0,2 м; комбинированного отвального рабочего органа (рисунок 6): размер щели между ножом и отвалом h₁ = 0,07 м, высота отвала h₂ = 0,45 м, длина лемеха (ножа) ?₃ = 0,44 м, угол постановки отвала к направлению движения плуга в₁ = 45⁰, передний угол долота б₁ = 30⁰; комбинированного безотвального рабочего органа (рисунок 7): длина ножа ?₃ = 0,44 м.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа экспериментальных исследований с описанием оборудования, применяемого в лабораторно-полевых исследованиях и методика исследований. При проведении лабораторно-полевых исследований руководствовались методиками Поволжской МИС и методиками, изложенными в ОСТ 10 4.1-2001, ОСТ 10 2.2-2002, ГОСТ 24057-88 «Испытания сельскохозяйственной техники», на полях, находящихся в зоне деятельности ФГУ Поволжской МИС Самарской области и хозяйствах Саратовской области. Условия проведения испытаний определялись согласно ГОСТ 20915-75.

В четвертом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» представлены основные результаты лабораторных и лабораторно-полевых исследований, дан их анализ.

Лабораторно-полевые исследования новых комбинированных лемехов ЛК-2М проводились на поле Поволжского Научно-исследовательского института селекции и семеноводства (НИИСС) (Самарской области) после уборки зерновых культур при зяблевой вспашке в сравнении с серийными лемехами П-702. Тип почв и механический состав участка, на котором проходили исследования лемехов - чернозем обыкновенный среднесуглинистый. Было установлено, что плуг укомплектованный новыми комбинированными лемехами, имеет удельное тяговое сопротивление на 6,3% меньше, чем плуг, укомплектованный серийными лемехами П-702.

Лабораторно-полевые исследования рабочих органов КБЩ-40 проводились на полях Поволжского НИИСС при весновспашке и зяблевой обработке почвы в сравнении с серийными корпусами ПЛЕ-21. Тип почв обрабатываемых полей - чернозем обыкновенный среднесуглинистый. Влажность поля по горизонтам 0-10; 10-20; 20-30 и 30-40 см составляла соответственно 32,5%; 32,1%; 31,5% и 31,5%. В результате агротехнической оценки работы пахотного агрегата Т-150К + ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40 и корпусами ПЛЕ-21 было установлено, что пахотный агрегат Т-150К + ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40 при скорости движения 2,16 м/с и средней глубине обработки 32,5 см имеет фактическое отклонение ширины захвата от установленной на 6,9%, крошение почвы (размер фракций до 50 мм) на 85,4%, заделку растительных и пожнивных остатков 88,8%, а пахотный агрегат Т-150К + ПЛН-5-35 с корпусами ПЛЕ-21 при скорости движения 2,25 м/с и средней глубине обработки 25,7 см имеет фактическое отклонение ширины захвата от установленной на 16,6%, крошение почвы на 76,0%, заделку растительных и пожнивных остатков - 82,0%. Залипание рабочих органов КБЩ-40 почвой не наблюдалось.

Рисунок 9. Диаграмма износа серийного и нового лемеха по рабочим частям L₀ и L₁, и сечениям, L₂, L₃, L₄.: 1- серийный лемех П-702; 2 - комбинированный лемех ЛК-2М.

Анализ диаграмм (рисунок 9) износа серийного и нового лемеха по сечениям и рабочим частям показывает, что лемех ЛК -2М имеет меньше линейный износ, чем серийный лемех П-702. В результате агротехнической оценки работы пахотного агрегата Т-150К + ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40Б и

стойками СибИМЭ установлено, что качество крошения почвы плугом, оснащенным рабочими органами КБЩ-40Б соответствовало, агротехническим требованиям и находилось в пределах 69,3 - 72,8%, при этом сохранность стерни составила 70 - 75% и соответствовало АТТ (70%).

На рисунке 10 представлены зависимости удельного тягового сопротивления рабочих органов КБЩ-40 при средней глубине обработки 32,5 см и корпусов ПЛЕ-21 при средней глубине обработки 25,7 см от скорости агрегата. Из характера зависимостей видно, что удельное тяговое сопротивление плуга, укомплектованного предлагаемыми комбинированными отвальными рабочими органами меньше на 8,4% удельного тягового сопротивления плуга, оснащенного серийными отвальными корпусами ПЛЕ-21.

Удельное тяговое сопротивление рабочих органов КБЩ-40Б и стоек СибИМЭ представлено на рисунке 11. Плуг с опытными рабочими органами КБЩ-40Б в среднем имеет меньшее удельное тяговое сопротивление на 7,5%, чем плуг, оснащенный стойками СибИМЭ.

Рисунок 10. Зависимость удельного тягового сопротивления К_УД плугов от скорости движения х агрегатов, оснащенных новыми отвальными и серийными рабочими органами: 1 - плуг ПЛН-5-35 с корпусами ПЛЕ-21; 2 - плуг ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40.

Рисунок 11. Зависимость удельного тягового сопротивления К_УД плугов от скорости движения х агрегатов, оснащенных новыми безотвальными и серийными рабочими органами: 1 - плуг ПЛН-5-35 со стойками СибИМЭ; 2 - плуг ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40Б.

Вышеизложенные результаты с достаточной вероятностью подтверждают теоретические результаты исследований.

В пятом разделе «Результаты исследований эффективности применения плугов общего назначения с новыми рабочими органами» приведены результаты сравнительных испытаний агрегатов Т-150К+ПЛН-5-35 с новыми комбинированными и серийными рабочими органами.

Эксплуатационно-технологическая оценка рабочих органов КБЩ-40 и КБЩ-40Б проводилась на вспашке зяби. Было установлено, что средняя рабочая скорость агрегата Т-150К+ПЛН-5-35+КБЩ-40 составила 2,38 м/с, при этом основная производительность получена 1,66 га/ч, при погектарном расходе топлива 16,44 кг/га. Удельная величина затрат топлива пахотного агрегата с плугом ПЛН-5-35 и новыми комбинированными рабочими органами на 13% меньше, чем с серийными корпусами. В процессе работы пахотного агрегата залипание отвалов комбинированных корпусов не происходило. Корпуса КБЩ-40 обеспечивают возможность выполнения технологического процесса комбинированной обработки почвы на глубину до 30 см, с углублением почвенного горизонта на 5 - 7 см и разрушением плужной «подошвы». По удельным энергозатратам, на безотвальной обработке почвы, плуг ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40Б имеет более низкие показатели: 57,0 кВт ч/га и 5,57 Н/см² против 64,7кВт ч/га и 6,09 Н/см², аналога - подрезающей лапы ЛП- 0,35 (стойки СибИМЭ).

Поволжская МИС предлагает выпускать рабочие органы КБЩ-40 и КБЩ-40Б серийно и включить изделие в Федеральный технический регистр.

В шестом разделе «Экономическая эффективность использования плуга ПЛН-5-35 с рабочими органами КБЩ-40 и КБЩ-40Б, и внедрение в производство» приведена экономическая эффективность применения плуга ПЛН-5-35 с серийными корпусами ПЛЕ-21 и стойками СибИМЭ в сравнении с комбинированными рабочими органами КБЩ-40 и КБЩ-40Б. Экономическая эффективность плуга ПЛН-5-35 с новыми предложенными рабочими органами показала снижение себестоимости пахотных работ на 7,5 - 8%, что способствует получению годового приведенного экономического эффекта за счет применения серийного плуга ПЛН-5-35, оснащенного новыми отвальными комбинированными рабочими органами в сумме 34091 рублей и 35407 рублей для этого же плуга, укомплектованного новыми безотвальными комбинированными рабочими органами.

Общие выводы

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований по повышению эффективности технологического процесса основной обработки почвы новыми комбинированными рабочими органами можно сделать следующие выводы.

1. Анализ литературных источников показал, что большое влияние на эффективность работы плугов общего назначения оказывает затылочная фаска лемеха корпуса плуга, образующаяся в результате износа лемеха, при этом происходит уплотнение подпахотного слоя почвы или образование плужной «подошвы», а при обработке почв высокой влажности наблюдается залипание отвалов корпусов.

2. Установлено, что величина твердости плужной «подошвы», возникающей при взаимодействии затылочной фаски лемехов корпусов плуга пропорциональна твердости почвы на глубине взаимодействия затылочной фаски лемеха с пахотным слоем, силы тяжести плуга, углу затылочной фаски лемехов и обратно пропорционально квадрату расстояния от плоскости затылочной фаски лемехов до места, в котором определяется твердость почвы.

3. Теоретически установлено, что толщина плужной «подошвы» зависит от физико-механических свойств почвы и в среднем составляет 4 - 5 см, а твердость почвы неравномерно распределена по глубине в зоне плужной «подошвы» и может достигать 5,5 МПа.

4. Рациональный технологический процесс основной обработки почвы, обеспечивающий повышение качества обработки почвы за счет разрушения плужной «подошвы» и снижения энергоемкости обработки почвы, должен включать процесс обработки почвы, выполняемый первоначально элементами чизельного рабочего органа, а затем лемешно-отвальным рабочим органом.

5. На основании рационального технологического процесса и схем чизельных и лемешно-отвальных рабочих органов разработаны кострукторско-технологические схемы новых рабочих органов для отвальной и безотвальной обработки почвы, состоящих из комбинации основных элементов чизельных и лемешно-отвальных рабочих органов, при этом глубина хода долота чизеля должна быть на 5 - 6 см больше глубины обработки почвы, чем лемехом, а долото должно быть соединено с полевой доской.

6. Теоретическими исследованиями установлено, что разрушение подпахотного слоя, осуществляемое за счет чистого сдвига, который реализуется посредством создания долота выпуклой формы с радиусом поперечного сечения 0,05 м, повышает степень крошения, снижает энергоемкость процесса обработки почвы и увеличивает ресурс комбинированного лемеха, а щель шириной 5 - 7 см между нижним обрезом отвала и лемехом уменьшает залипание лемешно-отвальной поверхности почвой высокой влажности.

7. Экспериментальными исследованиями были подтверждены результаты теоретических исследований и было определено, что комбинированные рабочие органы при обработке пахотного слоя повышают качество обработанной почвы, вследствие углубления подпахотного слоя на 5 - 7 см и разрушения плужной «подошвы», улучшают основные агротехнические показатели на 7 - 11%, снижают удельное тяговое сопротивление плуга на 7,5-8,4% и повышают ресурс комбинированного лемеха на 31% по сравнению с плугами общего назначения, оснащенными серийными корпусами.

8. Экономическая эффективность серийного плуга ПЛН-5-35 с новыми комбинированными отвальными и безотвальными рабочими органами снизила себестоимость пахотных работ на 7,5% - 8%, что способствует получению годового приведенного экономического эффекта в сумме 34091 рублей для плуга оснащенного новыми комбинированными отвальными рабочими органами и 35407 рублей для этого же плуга, укомплектованного новыми комбинированными безотвальными рабочими органами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Уфаев, А.Г. Анализ конструкторских особенностей лап отечественных культиваторов / А.Г. Уфаев // Молодые ученые СГАУ им. Н.И.Вавилова - агропромышленному комплексу Поволжского региона: сб.науч.трудов Саратов: изд.-во СГАУ им. Н.И.Вавилова.- 2001 - С.225 - 227 (0,4 печ. л.).

2. Уфаев, А.Г. Некоторые результаты испытаний щелевого корпуса плуга /А. Г. Уфаев // Повышение эффективности процессов механизации и электрификации в АПК: сб.науч.трудов Саратов: изд.-во СГАУ им. Н.И.Вавилова.- 2001. - С.213 - 215 (0,45 печ. л.).

3. Уфаев, А.Г. Некоторые результаты испытаний безотвального корпуса плуга КБЩ-40Б / А.Г. Уфаев // Молодые ученые ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова - агропромышленному комплексу Поволжского региона: сб.науч.работ/ ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. - Саратов.- 2003. - С.561 - 563 (0,19 печ. л.).

4. Уфаев, А.Г. Комбинированный лемех отвальных плугов общего назначения / В.М. Бойков, А.В. Павлов, А. Г. Уфаев, Ю.В. Иванов // Материалы международной научно- практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора Александра Григорьевича Рыбалко. Саратов, 11 - 12 июля 2006. - Часть I - С.69 - 72 (0,2/ 0,05 печ. л.).

5. Уфаев, А.Г. Направление повышения эффективности производства сельскохозяйственных культур / В.М. Бойков, А.В. Павлов, А.Г. Уфаев, Ю.В. Иванов // Материалы международной научно- практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора Александра Григорьевича Рыбалко.Саратов,11 - 12 июля 2006.-Часть I-С. 72-75 (0,2/ 0,05 печ. л.).

6. Уфаев, А.Г. Новые лемешно-отвальные корпуса для основной обработки почвы / В.М. Бойков, А.В. Павлов, А.Г. Уфаев, Ю.В. Иванов // Материалы международной научно- практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора Александра Григорьевича Рыбалко. Саратов, 11 - 12 июля 2006. - Часть I - С. 75 - 78 (0,18/ 0,045 печ. л.).

7. Уфаев, А.Г. Высокоэффективный корпус лемешно-отвального плуга общего назначения / А.Г. Уфаев // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова №5. 2006, - С.59 - 61 (0,3 печ. л.).

8. Патент на изобретение Российской Федерации № 2195093. Многокорпусный плуг / В.М. Бойков, С.В. Старцев, А.Н. Беднов, Е.Н. Плешков, А.Г. Уфаев / Опубл. 27.12.02. Бюл. №36. - 6 с.: ил.

9. Уфаев, А.Г. Некоторые результаты исследований процесса образования плужной «подошвы» / В.М. Бойков, А.В. Павлов, А.Г. Уфаев // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова. Саратов, 1-3 октября 2008 г. - С.12-16 (0,2/ 0,06 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru