Обґрунтування параметрів та умов роботи багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 1,4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський державний аграрний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Обґрунтування параметрів та умов роботи багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 1,4

Саченко Володимир Ілліч

Львів 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в лабораторії механізації вирощування та збирання просапних культур Національного наукового центру "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" (ННЦ "ІМЕСГ").

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Зирянов Володимир Олексійович, ННЦ "ІМЕСГ", провідний науковий співробітник лабораторії механізації вирощування та збирання просапних культур.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кушнарьов Артур Сергійович, Таврійська державна агротехнічна академія, завідувач кафедри фізики, теоретичної механіки, теорії машин і механізмів;

кандидат технічних наук, доцент Бендера Іван Миколайович, Подільський державний аграрно-технічний університет, директор інституту механізації та електрифікації сільського господарства.

Захист відбудеться “7'' лютого 2008р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.3 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: аудиторія 34, корпус факультету механіки та енергетики, вул. В.Великого, 1, м. Дубляни, Жовківський район, Львівська область, 80381.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: головний корпус, вул. В.Великого, 1, м. Дубляни, Жовківський район, Львівська область, 80381.

Автореферат розісланий “3'' січня 2008р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.Й. КОВАЛИШИН

1. Загальна характеристика роботи

посівний трактор багатофункціональний механізований

Актуальність теми. Сьогодні в Україні працює близько 43 тисячі фермерських господарств. Це втричі більше, ніж юридичних осіб з іншими формами господарювання на селі. Але, це в 20-30 разів менше ніж, у Франції та Німеччині, приблизно рівних за площею з Україною. Тому в перспективі кількість фермерських господарств в Україні буде збільшуватись.

Середній розмір фермерських господарств в Україні дорівнює 62 га, в тому числі ріллі - 58 га. Для господарств з такою площею доцільно створювати універсальні ґрунтообробно-посівні машини з комплектом змінних робочих органів. Це дасть змогу виконувати потрібні механізовані процеси з мінімальними капіталовкладеннями.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Підставою для проведення науково-дослідних робіт за темою дисертації був перспективний план досліджень ННЦ "ІМЕСГ" на 2001-2005 роки за програмою "Технології та комплекси машин для виробництва і первинної переробки продукції рослинництва", завдання 01 "Розробити наукові основи створення технологічних процесів та обґрунтувати технологічні комплекси машин для вирощування сільськогосподарських культур", проект 01.03 "Розробити раціональні технологічні процеси обробітку ґрунту та сівби зернових культур на базі багатофункціональних технічних засобів (номер державної реєстрації 0102U000057), розділ 01.03.03 Ф "Розробити наукові основи створення багатофункціональних ґрунтообробно-посівних агрегатів".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності механізованих робіт за рахунок застосування комплекту змінних ґрунтообробних і посівних робочих органів в багатофункціональній ґрунтообробно-посівній машині на основі обґрунтування її параметрів та умов роботи.

Для досягнення зазначеної мети у дисертації вирішено наступні задачі:

проаналізувати розміри агроформувань, у тому числі фермерських господарств та узагальнити умови роботи ґрунтообробно-посівних агрегатів;

обґрунтувати компонувальні схеми багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 1,4;

обґрунтувати параметри модуля робочих органів багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 1,4;

виготовити дослідний зразок та провести експериментальні дослідження робочих органів багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини;

встановити показники ефективності процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур та обґрунтувати оптимальну виробничу площу комплексу машин з багатофункціональною ґрунтообробно-посівною машиною.

Об'єктами дисертаційного дослідження є багатофункціональна ґрунтообробно-посівна машина (БҐПМ), спеціалізовані робочі органи для обробітку ґрунту та сівби сільськогосподарських культур, виробничний процес механізованої підготовки ґрунту та сівби культур у весняний та осінній періоди.

Предметом дослідження є фізичні характеристики робочого процесу, що виконується змінними ґрунтообробними та посівними робочими органами до начіпного культиватора КРН-4,2, схеми сівби і привід висівних апаратів машини, показники ефективності ґрунтообробно-посівного процесу та закономірність їх зміни відповідно до обсягів робіт.

Методи дослідження. При проведенні аналітичних досліджень використано методи класичної механіки та теорії ймовірностей. Експериментальні дослідження проводилися з використанням тензостанції на базі трактора Т-150К, визначення показників якості роботи вдосконалених ґрунтообробних та посівних робочих органів проводилися у виробничих умовах. Результати експериментів оброблялися методами математичної статистики.

Оптимальну виробничу площу комплексу машин з розробленою БҐПМ обґрунтовано на підставі фізичних характеристик процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур, що отримані за допомогою статистичного імітаційного моделювання ґрунтообробно-посівних робіт впродовж весняного та осіннього періодів, методу ітерацій, статистичного оцінення експериментальних даних та графоаналітичного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. Отримано вперше: раціональні параметри БҐПМ із змінними робочими органами; природно зумовлений фонд часу для підготовки ґрунту та сівби культур у весняний та осінній періоди; залежність показників ефективності ґрунтообробно-посівного процесу від характеристик виробничої програми сільськогосподарського підприємства; оптимальну виробничу площу для ґрунтообробно-посівного комплексу машин на базі трактора кл. 1,4 до складу якого входить розроблена БҐПМ.

Отримали розвиток: модульний принцип побудови машинного агрегату із набором багатофункціональних робочих органів; ідея застосування сівалок точної сівби; метод синтезу чинників ефективності виробничої системи підготовки ґрунту та сівби культур у її статистичній імітаційній моделі; метод дослідження показників системної ефективності комплексів машин для підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур.

Удосконалено: метод оцінення ступеня нерівномірності посівів на площі поля; метод визначення показників системної ефективності комплексу машин для підготовки ґрунту та сівби культур для заданих характеристик виробничої програми сільськогосподарського підприємства; модель процесу механізованого обробітку ґрунту та сівби комплексом машин впродовж весняного та осіннього періодів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що після дообладнання існуючих у виробництві начіпних культиваторів КРН-4,2 змінними робочими органами для глибокого і мілкого обробітку ґрунту та сівби сільськогосподарських культур можна збільшити їх річне завантаження, і таким чином, зменшити кількість спеціалізованих машин і знарядь для фермерських господарств. За рахунок цього зменшується розмір капіталовкладень і собівартість механізованих робіт.

Результати досліджень впроваджено у фермерських господарствах "Люцерна" та "Плугатар" Кагарлицького району Київської області, де багатофункціональна ґрунтообробно-посівна машина на базі культиватора КРН-4,2 використовувалася в 2003-2006 роках на сівбі гречки широкорядним способом з міжряддями 45 см, на сівбі насінників люцерни з нормою 2 кг/га, на сівбі озимого ріпаку з нормою 4 кг/га та на догляді за посівами просапних. Встановлені оптимальні виробничі умови використання комплексу ґрунтообробно-посівних машин (КҐПМ), що включає розроблену БҐПМ, є важливою підставою забезпечення ефективності вирощування сільськогосподарських культур.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати за темою дисертаційної роботи отримані автором особисто. У працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем обґрунтовано модульний принцип побудови багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів різного тягового класу при незмінному положенні секцій на модулі [1,5,6]; обґрунтовано оптимальні параметри вдосконалених робочих органів багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини [16,17,18]; розроблено модульний комплект змінних робочих органів для обробітку стерньового фону, глибокого розпушування та щілювання зябу, а також посівів сільськогосподарських культур, суміщення операцій передпосівної культивації, сівби просапних, прикочування ґрунту в зоні рядка та покриття поверхні розпушеним шаром ґрунту для суцільної сівби насіння культур з нормою 1-70 кг/га та догляду за посівами просапних [3,4,7,9,11]; вдосконалено методику оцінки нерівномірності посівів на площі при точній і нерівномірній рядковій сівбі [2,10,12]; обґрунтовано параметри вдосконаленого приводу висівних апаратів зернотукотрав'яної сівалки СЗТ-3,6А [2,3,8,10]; вдосконалено методику обґрунтування природно зумовленого фонду часу ґрунтообробно-посівних робіт та обґрунтовано оптимальні виробничі умови використання комплексу машин для підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур, до складу якого входить розроблена БҐПМ [15].

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались та отримали позитивну оцінку на щорічних міжнародних наукових конференціях: "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" ННЦ “ІМЕСГ” (м. Глеваха, 2001-2007рр.), "Наукові основи раціонального використання земель, виведених з інтенсивного обробітку" 11-13 червня 2003 року (Інститут землеробства), "Сучасні проблеми землеробської механіки" 17-18 жовтня 2002 року (Миколаївська державна аграрна академія).

Публікації. Основні матеріали та положення дисертації опубліковані у 18 роботах. Отримано три патенти на винаходи.

Структура та обсяг дисертації - вступ, п'ять розділів, висновки, список використаних джерел та додатки. Обсяг роботи становить 190 сторінки машинописного тексту, включно з списком використаних джерел. Вона містить 29 таблиць та 75 ілюстрацій (39 рисунків і схем, 9 графіків, 27 фотографій), Список використаних джерел налічує 162 найменувань, з них 160 вітчизняних.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, зв'язок її з науковими програмами, викладені мета та задачі досліджень, наукова новизна одержаних результатів, їх практичне значення, показано особистий внесок здобувача.

У першому розділі "Стан питання та задачі досліджень" виконано аналіз агроформувань після реструктуризації колективних сільськогосподарських підприємств. Показано співвідношення фермерських господарств в Україні і країнах Західної Європи. Наведено характеристику умов роботи ґрунтообробних та посівних машин. Наведено варіанти багатофункціональних машин у сільському господарстві західноєвропейських країн та країн СНД.

Раціональні схеми ґрунтообробно-посівних агрегатів на базі універсальних тракторів обґрунтовувались такими вченими О.О. Юшиним, М.С. Кабаковим, Г.Д. Бєловим. Питання універсальності ґрунтообробно-посівних машин ними не розглядалося.

Суттєвий вклад у дослідження нерівномірності посівів сільськогосподарських культур внесли B.C. Басін, В.А. Бахмутов, А.А. Будагов, Є.В. Веверс, В.О. Зирянов, С.В. Кардашевський, Б.Ф. Кузнецов, П.Я. Лобачевський, М.І. Любушко, А.Н. Майнсурян, В.А. Насонов, С.А. Новаков, В.Я. Попель, П.В. Савич, І.І. Синягін та інші.

Обґрунтування виробничих умов ефективного використання машин здійснювали такі вчені як Е.А. Фінн, Р.Ш. Хабатов, О.В. Сидорчук та інші. Однак для багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машин такі умови не обґрунтовувалися.

Існуючі комбіновані ґрунтообробні і посівні машини виконують 2-5 операцій за один прохід. Але універсальність їх обмежена. Для фермерських господарств з середньою площею 60 га ріллі необхідні БҐПМ з комплектом змінних робочих органів, які б дали змогу збільшити їх річне завантаження, зменшити експлуатаційні витрати на одиницю площі або тонну виробленої продукції.

Таким чином, параметри БҐПМ, методика оцінки нерівномірності розміщення посівів на площі поля потребують вдосконалення і уточнення.

Аналіз чинних науково-методичних засад обґрунтування виробничих умов роботи ґрунтообробних машинних комплексів дав змогу встановити, що вони характеризуються значною ідеалізацією впливу природних процесів на їх роботу. Зокрема не враховується: 1) стохастичність тривалості природно зумовленого фонду часу для підготовки ґрунту та сівби культур у весняний та осінній періоди; 2) вплив природно зумовленого фонду часу ґрунтообробно-посівних робіт та потоку вимог на ефективність виконання операцій передпосівного обробітку ґрунту та сівби культур БҐПМ тощо. Усунення зазначених недоліків дає змогу об'єктивно обґрунтувати організаційно-технологічні умови використання БҐПМ у складі ґрунтообробно-посівних машинних комплексів.

У другому розділі "Результати теоретичних досліджень" виконано теоретичне обґрунтування параметрів модуля багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини. Теоретичні положення ґрунтуються на технологічних схемах вирощування сільськогосподарських культур. Відомо, що ширина смуги трьох рядків посівів з міжряддями 45 см дорівнює 1350 мм, а двох з міжряддями 70 см відповідно 1400 мм. Ширина захвата 1350-1400 мм відповідає модулю ґрунтообробно-посівних машин. Два таких модуля здатні посіяти 6 рядків з міжряддями 45 см або 4 рядки з міжряддями 70 см, якщо ширина стикових міжрядь на 6-рядних посівах дорівнює 55 см. Тобто, для обох схем сівби захват знаряддя дорівнює 2,8 м. Очевидно, що культиватор захватом 5,6 м для догляду за посівами з міжряддями 70 см здатний обробляти також 12 рядків посівів з міжряддями 45 см, в тому числі два стикових шириною по 55 см.

Секції розставлені з різним інтервалом ширини, але ширина захисних смуг при цьому становить 80-100 мм з кожного боку від осьової лінії рядка просапних. Наведена схема розміщення секцій дає змогу виконувати різні роботи без зміщення секцій шляхом заміни робочих органів на секціях. При необхідності ця ж машина захватом 2 м може обробляти і стерньовий фон на глибину 10-16 см при оснащенні її трьома лапами захватом по 500 мм. Смуги між лапами обробляються пошарово секціями з двома стрільчастими лапами захватом 270-330 мм.

Застосування плоскоріжучих робочих органів, які зберігають післяжнивні рештки на поверхні, сприяє захисту ґрунтів від вітрової і водної ерозії. Такі робочі органи мають меншу питому енергомісткість у розрахунку на метр захвату і здатні працювати на більш високих швидкостях.

Система диференційних рівнянь руху часток ґрунту над поверхнею плоскоріжучої лапи близько стояка з врахуванням бокової сили, що діє на частку з боку не розпушеного ґрунту, має вигляд:

(1)

де Р - сила підпору скиби з боку не розпушеного ґрунту; т -- маса частки ґрунту; а - кут різання; g - прискорення вільного падіння; К - коефіцієнт пропорційності; l0 - максимальна відстань від носка ріжучої кромки плоскоріжучої лапи в напрямку до стояка, при якому дія поперечної сили дорівнює нулю; v0 - швидкість руху агрегату; t - час руху частки ґрунту; у - половина кута розхилу лапи.

У результаті подвійного інтегрування рівняння (1) з врахуванням початкових умов (при t = 0, х = vo cos б, у = 0, і = vo sin б) отримані рівняння руху матеріальних часток по лезу плоскоріжучої лапи поблизу стояка з врахуванням дії бокової сили підпору від непідрізаної частини ґрунту.

Отримані рівняння свідчать про те, що частки ґрунту сходять з верхньої кромки плоскоріжучої лапи під кутом до напрямку руху в бік стояка. Після удару в бік стояка частки розлітаються у боки, утворюючи борозну. Для зменшення ширини борозни плоскоріжуча лапа зміщується назад.

Крім суцільного плоскорізного обробітку стерньового фону доцільно щоб БҐПМ виконувала при необхідності також щілювання зябу, посівів сільськогосподарських культур та глибоке розпушування ґрунту змінними робочими органами

Основною частиною робочого органу для щілювання зябу на глибину 30-60 см є долото довжиною 250-300 мм, шириною 70 мм, з кутом різання 22-25°.

Робочий орган для щілювання посівів сільськогосподарських культур на глибину 30-40 см має долото, встановлене під кутом 10-12° до горизонту з носком, наближеним до стояка на відстань 80-150 мм.

Глибокорозпушувальний робочий орган захватом 300 мм для обробітку

ґрунту на глибину 30-40 см має долото довжиною 200 мм i шириною 70 мм.

Дослідження схем сівби зернових і трав переконує у тому, що при точній сівбі коефіцієнт варіації відстані між насінинами (рослинами) на площі описується рівнянням:

, (2)

де а - відстань між насінинами в рядку; b - ширина міжрядь.

При нерівномірній рядковій сівбі, коли розподіл інтервалів в рядку відповідає закону Пуассона маємо:

, (3)

де Р(а) - ймовірність інтервалу а за довжиною рядка в загальній кількості інтервалів; а - середній інтервал між насінинами (рослинами) в рядку.

Результати розрахунків за формулами (2) і (3) переконують, що найбільша різниця між коефіцієнтами варіації відстані між рослинами на площі не перевищує 6% при точній і нерівномірній рядковій сівбі, якщо норма висіву 1-7 млн. штук на га і ширина міжрядь 10-25 см.

Обґрунтовані передаточні числа в механізмі приводу апаратів для сівби насіння трав та інших культур дають змогу замінити редукторний привод на безредукторний, зменшити трудомісткість обслуговування механізму приводу.

Виробничі умови роботи БҐПМ характеризуються площею ріллі, на якій її використання є ефективним. Для обґрунтування цієї площі моделюється ґрунтообробно-посівний процес та оцінюються технологічні витрати на виконання процесу і втрати урожаю від несвоєчасності виконання операцій, зумовлених стохастичністю агрометеорологічних умов. Вартісне оцінення цих показників дає змогу чисельним методом встановити оптимальне значення згаданої площі.

У третьому розділі "Методика експериментальних досліджень" наведено характеристику макетного зразка багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини на базі культиватора КРН-4,2 до тракторів класу 1.4, методику дослідження природно дозволеного фонду часу підготовки ґрунту й

сівби сільськогосподарських культур та методику комп'ютерних експериментів із статистичною імітаційною моделлю технологічного процесу для встановлення фізичних показників роботи комплексу ґрунтообробно-посівних машин.

Оснащення БҐПМ змінними робочими органами дає можливість виконувати наступні технологічні операції: 1) плоскорізний обробіток стерньового фону або поля після збирання коренебульбоплодів на глибину до 16 см (захват машини 2,0 м); 2) суцільний обробіток зябу на глибину до 12 см (захват 3,6 м); 3) суцільну сівбу сільськогосподарських культур з

нормою 1-70 кг/га і міжряддями 15 см (захват 3,3 м); 4) сівбу просапних з міжряддями 45-70 см з одночасним прикочуванням і закриттям зони рядка розпушеним шаром ґрунту (захват 3,5-4,2 м); 5) сівбу просапних з міжряддями 45-70 см з одночасним обробітком ґрунту в зоні рядка, прикочуванням засіяної площі і закриттям зони рядка розпушеним шаром ґрунту (захват 3,5-4,2 м); 6) догляд за посівами просапних з міжряддями 45-70 см (захват 3,5-4,2 м); 7) глибоке розпушування ґрунту на глибину 30-35 см двома робочими органами в колії трактора; 8) щілювання зябу на глибину 30-35 см двома робочими органами в колії трактора; 9) щілювання посівів сільськогосподарських культур на глибину 30-35 см двома робочими органами в колії трактора.

Для дослідження якості розподілу насіння трав і зернових культур відносно п'ятки наральника сошника в насіннєвому каналі встановлюється два відбивачі: один у верхній, другий у нижній частині каналу. Кут встановлення відбивачів фіксувався в заданому положенні.

Тяговий опір експериментальних плоскоріжучих і глибокорозпушуючих робочих органів записувався на осцилограму за допомогою тензостанції, встановленої на тракторі Т-150К. В дослідах фіксувалася також витрата пального за допомогою паливоміра.

Залежність тягового опору плоскоріжучих робочих органів від глибини обробітку та швидкості руху досліджувалося відповідно до плану експерименту: глибина обробітку варіювала в межах 10-16 см, а швидкість руху - 7,4-10,2 км/год.

Рівні варіювання факторів в дослідах з відбивачем, встановленим у насіннєвому каналі анкерного сошника, були такими - кут нахилу верхнього відбивача відносно поздовжньої осі каналу - 0-30о; кут нахилу нижнього відбивача до горизонту - 40-80о.

Опрацювання результатів досліджень здійснювалося на підставі методу галузевого стандарту та методів математичної статистики. Лабораторно-польові дослідження проводили у фермерських господарствах "Плугатар" та "Люцерна" Кагарлицького району Київської області.

Сутність методики визначення кількісних характеристик природно-дозволеного фонду часу підготовки ґрунту й сівби сільськогосподарських культур у весняний та осінній періоди зводиться до відображення у статистичній імітаційній моделі сукупної дії агрометеорологічних та агрофонових чинників процесу, а також біологічних особливостей росту й розвитку сільськогосподарських культур. Для виконання комп'ютерних експериментів удосконалено статистичну імітаційну модель ґрунтообробного процесу, розроблену к.т.н. Лубом П.М: 1) враховано впив природних процесів на потребу виконання посівних робіт у весняний та літньо-осінній періоди; 2) у потоці вимог враховано явище виникнення потреби одночасного виконання передпосівного обробітку ґрунту та сівби сільськогосподарських культур; 3) враховано агрометеорологічно та біологічно зумовлені крайні терміни сівби культур.

Дослідження виконувались для структури посіву із семи характерних культур (яра пшениця - 0,222; овес - 0,224; багаторічні трави - 0,127; цукрові буряки - 0,047; гречка - 0,061; озима пшениця - 0,206; озиме жито - 0,113).

У четвертому розділі "Результати експериментальних досліджень" наводяться показники якості виконання процесів і енергомісткості плоскоріжучих лап, а також результати прогнозування закономірностей головних фізичних характеристик процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби культур впродовж весняного та осіннього періодів на підставі його статистичного імітаційного моделювання.

Під час проведення експериментальних досліджень твердість ґрунту в шарах від 0-10 до 30-40 см змінювалась у межах від 2,8 до 3,7 МПа. За результатами експериментів встановлено, що при збільшенні швидкості обробітку ґрунту стабільність руху робочих органів погіршується, збільшується гребенистість поверхні.

Поліном питомого тягового опору на метр захвату має вигляд:

у1 = 9,5 + 1,15х1 + 0,5х2, (4)

де х1, х2 - відповідно глибина обробітку і швидкість руху машини.

Питомий тяговий опір робочого органу записується формулою

у2 = 4,75 + 0,6х1 + 0,25х2. (5)

Опрацювання результатів досліджень розміщення насіння гречки відносно задньої стінки кильовидного сошника методами математичної статистики дало змогу встановити, що математичне сподівання відстані від місця падіння насіння до задньої стінки кильовидного сошника з двома відбивачами змінюється в межах від 15,5 до 21,3 мм. Фактичний критерій вагомості різниці (критерій Ст?юдента) між цими граничними значеннями tp = 1,19, а табличний tT = 2,10, що свідчить про незначущість цієї різниці. Аналогічні результати отримали при оцінці граничних значень відстані від місця падіння насіння до задньої стінки кильовидного сошника за критерієм Фішера.

Але різниця є суттєвою, якщо порівнювати значення відстані при відсутності відбивачів і при максимальній відстані від місця падіння насіння в сошнику з двома відбивачами. Ці дані свідчать про те, що в конструкції насіннєвого каналу сошника доцільно залишити лише один нижній відбивач.

Опрацювання результатів досліджень щодо глибини загортання насіння сошниками з відбивачами та без них дало змогу встановити, що ця різниця є суттєвою. Таким чином, у нижній частині насіннєвого каналу кильовидного сошника доцільно встановити відбивач, який спрямовує насіння під п'ятку сошника. Також встановлено, що при точній і нерівномірній рядковій сівбі коефіцієнти варіації відстані між рослинами на площі майже не відрізняються.

Прокручування висівних апаратів для мінімальної і максимальної довжини робочої частини котушки (2 і 25 мм), а також для мінімального і максимального передаточних чисел показало, що висівний апарат з котушками діаметром 25 мм здатний висівати насіння сільськогосподарських культур у діапазоні 1-70 кг/га.

Експериментування із статистичною імітаційною моделлю процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби культур дало змогу встановити головні фізичні характеристики комплексу машин з БҐПМ та залежність їх від планової площі ріллі (

Відповідно до структури посіву із семи характерних культур Полісся і традиційної технології підготовки ґрунту та сівби культур сформовано множину технологічних операцій та склад відповідного комплексу машин: 1) закриття вологи (боронування) - МТЗ-82+СПУ-11-2 + БЗСС-1,0; 2) знищення бур'янів (суцільна культивація) - МТЗ-82+БҐПМ; 3) дискування (обробітку стерньового фону) - МТЗ-82+БДН-3; 4) оранка - МТЗ-82+ПЛН-3-35; 5) передпосівний обробіток та сівба - МТЗ-82+БҐПМ.

Непропорційний приріст середньорічного обсягу фактично посіяних площ порівняно із площею ріллі підприємства пояснюється тим, що у потоці вимог на використання ґрунтообробно-посівних машин враховано те, що сівбу багаторічних трав виконують один раз у два роки.

У п'ятому розділі "Результати оптимізації виробничої площі комплексу ґрунтообробно-посівних машин" чисельним методом встановлено вартісні показники процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур комплексом машин з БҐПМ

Чисельним методом встановелно, що оптимальні умови роботи цього комплексу досягаються за виробничої площі у 200 га.

Впровадження багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини в фермерських господарствах “Плугатар” та “Люцерна” Кагарлицького району

Київської області дало змогу досягнути зниження експлуатаційних витрат на 41,8%.

Загальні висновки і рекомендації

Реформування колективних сільськогосподарських підприємств України зумовило утворення значної кількості фермерських господарств з середньою площею ріллі - 58 га. Їх кількість є в тричі більшою, ніж підприємств з іншими формами господарювання. Через високу вартість сільськогосподарської техніки і малу площу фермерських господарств доцільно виготовляти багатоопераційні ґрунтообробно-посівні машини з набором змінних робочих органів.

Аналіз схем розміщення робочих органів в багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машинах уможливив теоретичне обґрунтування параметрів їх модуля із робочою шириною захвату в межах 1.35-1.4 м. Один-два таких модуля агрегатуються з тракторами класу 0,6, два-три - з тракторами класу 0,9, три-чотири - з тракторами класу 1,4. Модуль оснащений 11-12 апаратами для сівби дрібного насіння трав, дозволяє виконувати суцільну сівбу трав з міжряддям 15 см, сівбу трьох рядків просапних з міжряддями 45 см або двох рядків з міжряддями 70 см з нормою висіву 1-70 кг/га. Використання цього модуля уможливлює механізований догляд за 2-3 рядками просапних, суцільну культивацію зябу, плоскорізний обробіток в колії трактора.

На основі розроблених програм і методики експериментальних досліджень, виконані експерименти і отримані результати, які дали змогу кількісно оцінити тягове зусилля робочих органів, показників якості обробітку ними ґрунту та характеристики розташування насіння на глибині і площі поля, що є основою для обґрунтування ефективних умов роботи багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини у складі машинного комплексу для обробітку ґрунту та сівби культур у весняний та осінній періоди.

Встановлення на стояк плоскоріжучих лап багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини черенкового ножа дає змогу домогтися вдвічі меншої кількості рослинних решток на робочих органах машини. Двофакторний експеримент дав змогу встановити, що глибина і швидкість обробітку ґрунту вдосконаленими робочими органами здійснюють вагомий вплив на зміну питомого опору на метр захвату машини та один робочий орган.

На підставі експериментальних досліджень встановлено, що тяговий опір машини на один метр її захвату та тяговий опір окремого робочого органу змінюється лінійно із збільшенням глибини плоскорізного обробітку від 10 до 16 см і швидкості від 7,4 до 10,5 км/год (4,5).

Результати аналітичних розрахунків та експериментальних досліджень переконують у тому, що нерівномірність розміщення посівів на площі поля доцільно оцінювати коефіцієнтом варіації (V) відстані між рослинами у рядку та між рядками. За умови рівномірного розміщення рослин на площі поля V = 0, для розкидної сівби та V= 0,5774 за умови точної сівби зернових культур і трав з нормою 1-7 млн./га та шириною міжрядь 10-25 см коефіцієнт варіації отриманий для нерівномірної рядкової сівби відрізняється не більше, ніж на 6%.

За критеріями Ст'юдента та Фішера експериментально підтверджено, що кут розташування верхнього і нижнього відбивачів насіннєвого каналу наральникового кильовидного сошника не істотно впливає на відстань між розташуванням посіяної насінини та задньою стінкою сошника. Однак, відсутність відбивачів зумовлює значне відхилення цих показників, що є підставою для обґрунтування доцільності використання лише одного нижнього відбивача, котрий спрямовує насіння під п'ятку наральника в конструкції кильовидного сошника та впливає на глибину розташування насіння культур.

Обладнання насіннєвого каналу кильовидного сошника відбивачем, який спрямовує насіння під п'ятку наральника, дозволяє збільшити глибину загортання насіння на 8 мм в порівнянні з сошником без відбивача, що сприяє зменшенню коефіцієнта варіації глибини загортання насіння з 27,9 до 19,6%.

Удосконалення статистичної імітаційної моделі ґрунтообробно-посівного процесу для весняного та осіннього періодів дало змогу підвищити об'єктивність результатів комп'ютерних експериментів на підставі врахування стохастичності природно-зумовленого фонду часу сезонних робіт, явища виникнення потреби одночасного виконання передпосівного обробітку ґрунту та сівби сільськогосподарських культур, агрометеорологічно та біологічно зумовлені крайніх термінів сівби культур та алгоритму відображення специфіки прийняття рішень щодо черговості обслуговування потоку вимог на використання машинних агрегатів для обробітку ґрунту та сівби культур.

Виконані експерименти із статистичною імітаційною моделлю процесу механізованої підготовки ґрунту та сівби семи характерних культур впродовж весняного та осіннього періодів дали змогу встановити фізичні характеристики комплексу машин у складі із розробленою багатофункціональною ґрунтообробно-посівною машиною. Вартісне оцінення цих характеристик на підставі чисельного методу за вартісним критерієм уможливило обґрунтування оптимальної виробничої площі для комплексу ґрунтообробно-посівних машин, яка становить 200 га із питомими сукупними витратами коштів - 255,4 грн/га.

Впровадження багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини у фермерському господарстві “Плугатар” для виконання передпосівного обробітку ґрунту та догляду за посівами сої на площі 40 га, а також у фермерському господарстві “Люцерна” Кагарлицького району Київської області для сівби гречки на площі 80 га, на підгортанні картоплі - 0,3 га та глибокому розпушенні ґрунту - 12 га дало змогу досягнути зниження експлуатаційних витрат на 41,8%.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Саченко В.І. До обґрунтування багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машин // Міжвідомчий тематичний наук, зб.: Механізація та електрифікація сільського господарства. - Глеваха: ННЦ "ІМЕСГ", 2001. - Вип. 85. - С43-44. (автором обґрунтовано потребу розроблення багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машин до тракторів кл. 1,4).

Зирянов В.О., Саченко В.І. Рівномірність розміщення насіння та рослинна площі при сівбі зерно-трав'яними сівалками // Міжвідомчий тематичний наук. зб.: Механізація та електрифікація сільського господарства. - Глеваха: ННЦ"ІМЕСГ", 2001.-Вип. 85.-С 11-20. (на підставі коефіцієнта варіації відстані між насінинами автором здійснено порівняльний аналіз точного та звичайного способів сівби зернових культур і трав).

Саченко В.І. Робочі та службові органи багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 0,6-1,4 т.е. // Міжвідомчий тематичний наук, зб.: Механізація та електрифікація сільського господарства. - Глеваха:ННЦ "ІМЕСГ", 2002. - Вип. 86. - С 42-49. (автором виконано статистичну оцінку характеристик роботи ґрунтообробно-посівної машини).

Зирянов В.О., Саченко В.І. Техніка для вирощування польових культур після реформування колективних сільськогосподарських підприємств // Міжвідомчий тематичний наук, зб.: Механізація та електрифікація сільського господарства. - Глеваха: ННЦ "ІМЕСГ", 2002. - Вип. 86. - С 50-56. (автором обґрунтовано перспективи розвитку багатоопераційних машин в умовах ринкової економіки України).

Зирянов В.О., Саченко В.І. Оцінка схем розміщення рослин у посівах сільськогосподарських культур // Вісник аграрної науки. - 2002. - № 2. - С 44-48. (автором виконано виробничі експерименти із досліджень схем точної, нерівномірної, рядкової та розкидної сівби зернових, трав та інших культур, а також проаналізовано їх результати).

Зырянов В.А., Саченко В.И. Схемы посевов сельскохозяйственных культур // Аграрная наука. - 2002. - № 6. - С. 14-17. (автором проаналізовано вплив рядкової сівби на умови розвитку сільськогосподарських культур).

Саченко В.І., Галич М.В. Універсальні ґрунтообробно-посівні машини для фермерських господарств України // Вісник аграрної науки Причорномор'я.-Миколаїв, Миколаївська державна аграрна академія, 2002. - Вип. 4. - С 84-87. ()

Галич М.В., Саченко В.І. Посівні машини з постійною та чередуючою шириною міжрядь // Вісник аграрної науки Причорномор'я. - Миколаїв: Миколаївська державна аграрна академія, 2002. - Вип. 4. - С 45-51. (автором обґрунтовано доцільність розроблення та використання багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машин).

Саченко В.І., Галич М.В. Ґрунтообробно-посівна машина для вирощування трав // Наукові основи раціонального використання земель, виведених з обробітку. - К.: Інститут землеробства УААН. - 2003. - С. 176-177. (автором обґрунтовано параметри багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини)

Галич М.В., Саченко B.I. Підвищення універсальності зернотукових сівалок // Наукові основи раціонального використання земель, виведених з обробітку. - К.: Інститут землеробства УААН. - 2003. - С 179-180. (автором обґрунтовано доцільність удосконалення зернотукової сівалки та здійснено її розробку).

Зирянов В., Саченко В., Галич М. Машини для суцільної сівби насіння сільськогосподарських культур // Пропозиція. - К.: 2003. - № 4. - С. 100-104. (автором обґрунтовано потребу розроблення багатофункціональних ґрунтообробно-посівних машин для фермерських господарств держави)

Саченко В.І., Матухно Н.В. Висівні апарати ґрунтообробно-посівної машини // Міжвідомчий тематичний наук, зб.: Механізація і електрифікація сільського господарства. - Глеваха: ННЦ "ІМЕСГ", 2003. - Вип. 87. - С 73-78. (автором виконано дослідження та опрацьовано результати щодо розміщення насіннєвих ящиків і приводу висівних апаратів багатофункціональної машини).

Саченко В.І. Українському селу - надійну вітчизняну техніку // Техніка АПК. № 5, 2006. - С. 8-9. (автором проаналізовано стан сучасних рільничих підприємств та обґрунтовано потребу розроблення багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини).

Ситник В.П., Сидорчук О.В., Лінник М.К., Саченко В.І., Механізація основних весняно-польових робіт (рекомендації). - Глеваха, ННЦ "ІМЕСГ". -2007. - С 24-30. (автором виокремлено головні вимоги та особливості виконання ґрунтообробно-посівних робіт у підприємствах держави).

Сидорчук О.В., Луб П.М., Саченко В.І., Бурилко А.В. Визначення впливу агрометеорологічних умов на природно зумовлений фонд часу підготовки ґрунту та сівби // Техніка АПК. - 2007. - №8-9. - С.6-8. (автором удосконалено статистичну імітаційну модель агрометеорологічних умов, виконано експерименти, встановлено статистичні характеристики та обґрунтовано розподіл природно зумовленої тривалості ґрунтообробно-посівних робіт).

Патент 65486, України, МПК7 А01В35/02. Рама секції ґрунтообробних чи посівних робочих органів / Саченко В.І., Галич М.В., Чемер СМ., Зирянок В.О. (Україна). Національний науковий центр “Інститут механізації і електрифікації сільського господарства” (Україна). - № 2003111793; Заявл. 28.11.03; Опубл. 15.03.04; Бюл. № 3. -З с

Патент 65502, Україна, МПК7 А01С7/04. Висівний апарат / Емер СМ., Саченко В.І., Галич М.В. (Україна). Національний науковий центр “Інститут механізації і електрифікації сільського господарства” (Україна). - №2003121016; Заявл. 22,12,03; Опубл. 15.03.04; Бюл. № 3.-4 с.

Патент 65512, Україна, МПК7 А01С7/20. Секція сошників / Галич М.В., Саченко В.І., Зирянов В.О., Романенко М.П. (Україна). Національний науковий центр “Інститут механізації і електрифікації сільського господарства” (Україна).-№20031212534; Заявл. 26.12.03; Опубл. 15.03.04; Бюл. № 3.-З с.

Анотація

Саченко В.І. Обґрунтування параметрів та умов роботи багатоопераційної ґрунтообробно-посівної машини до тракторів класу 1,4. - 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", Глеваха, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню задачі підвищення ефективності механізованих робіт за рахунок застосування комплекту змінних ґрунтообробних і посівних робочих органів в багатофункціональній ґрунтообробно-посівній машині на основі обґрунтування її параметрів та умов роботи. В дисертації досліджено показники якості роботи вдосконалених плоскоріжучих, глибокорозпушувальних робочих органів і кильовидних сошників, схеми розміщення секцій на рамі машини без зміщення їх при обробітку міжрядь 45 і 70 см, схеми точної і нерівномірної рядкової сівби насіння сільськогосподарських культур. Обґрунтовано передаточні числа в механізмі приводу висівних апаратів, вдосконалено конструкцію плоскоріжучих лап і насіннєвого каналу кильовидного сошника. Обґрунтовано оптимальні організаційно-технологічні умови роботи багатофункціональної ґрунтообробно-посівної машини у складі комплексу машин для підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур.

Ключові слова: ґрунт, підготовка, сівба, робочий орган, багатофункціональна машина, параметри, характеристики, ефективні умови роботи.

Аннотация

Саченко В.И. Обоснование параметров и условий работы многооперационной почвообрабатывающе-посевной машины к тракторам класса 1,4.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.01 - Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный научный центр “Институт механизации и электрификации сельского хозяйства”, Глеваха, 2008.

Диссертация посвящена решению задачи повышения эффективности механизированных работ за счет применения комплекта переменных почвообрабатывающих и посевных рабочих органов в многофункциональной почвообрабатывающе-посевной машине на основе обоснования ее параметров и условий работы.

Во введении обоснована актуальность темы.

В первом разделе приводится анализ аграрных хозяйств после реформирования бывших колхозов и совхозов, анализ многофункциональных машин и агрегатов для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур, сформулированы задачи исследований.

Во втором разделе представлены результаты теоретических исследований по обоснованию модуля машин для обработки почвы, посева и ухода за посевами, результаты исследований работы плоскорежущих и глубокорыхлительных рабочих органов, схем точного и неравномерного рядкового посева семян сельскохозяйственных культур, привода высевных аппаратов.

В третьем разделе изложена методика экспериментальных исследований. Описано устройство макетного образца многофункциональной машины для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур, особенности сменных рабочих органов к этой машине, аппаратура для тензометрирования, схемы опытов. Приведены методики исследования природно-обусловленного фонда времени подготовки почвы и посева сельскохозяйственных культур, а также компьютерных экспериментов со статистической имитационной моделью этого процесса.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований усовершенствованных сменных рабочих органов для поверхностной плоскорезной обработки почвы, глубокого рыхления, щелевания почвы и посевов культур, а также усовершенствованных килевидных сошников для посева культур с нормой 1-70 кг/га. Показано, что глубина и скорость плоскорезной обработки существенно влияют на удельную энергоемкость. Объединение черенкового ножа, стойки и плоскорежущей лапы в одно целое способствует уменьшению в два раза количества растительных остатков на рабочем органе. Установка отражателя в нижней части семенного канала сошника улучшает качество заделки семян. Также поданы результаты исследования природно-обусловленного фонда времени для подготовки почвы и посева сельскохозяйственных культур и результаты компьютерных экспериментов использования почвообрабатывающе-посевной машины.

В пятом разделе обосновано оптимальную площадь использования разработанной многофункциональной машины в составе комплекса машин для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: почва, подготовка, посев, рабочий орган, многофункциональная машина, параметры, характеристики, эффективные условия работы.

Abstract

V.I. Sachenko. Substantiation of parameters and operating conditions of work of multioperational till-sowing machines to tractors of 1.4 F drawbar category. - Manuscript.

A thesis submitted for a candidate of technical sciences degree according to the profession 05.05.11 - Machines and means of mechanization for agricultural production. - National scientific centre "Institute for agricultural engineering and electrification", Glevakha, 2008.

The thesis is dedicated to solving a problem of mechanized works efficiency increasing the due to application of complete set of variables tillage and sowing working organs in multifunction till-sowing machine on the basis of grounding its parameters and terms of work. In this work, indicators of work quality of updated subsurface tiller and deep ripper working heads and shoe openers, a section layout on the frame of a machine for tillage of soil between rows with row widths of 45 cm and 70 cm without section displacement when changing row widths, schemes of sowing of seeds of agricultural crops in case of drilling and precision drilling were under investigations. A set of gear ratios in the driving mechanism of sowing apparatuses was substantiated. The designs of flat hoes and the seed delivery duct of a shoe opener were improved. The optimum terms of multifunction till-sowing machine work in composition the complex of machines for tillage and sowing of agricultural cultures are grounded.

Key words: soil, preparation, sowing, working organ, multifunction machine, parameters, descriptions, effective terms of work.

Размещено на Allbest.ru

...