Обоснование конструктивно-технологических и режимных параметров спирального пневматического катка для уплотнения почв повышенной влажности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Избасарова, Зауреш Исмарзаевна

• Избасарова, Зауреш Исмарзаевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Избасарова, Зауреш Исмарзаевна

1. Проблемы механизации посева зерновых при неблагоприят- 9 ных погодно-климатических условиях

1.1. Оптимальные сроки посева зерновых и необходимость их со- 9 блюдения.

1.2. Характеристика атмосферных осадков в период выполнения 13 посевных работ на территории Восточного Оренбуржья.

1.3. Обзор технологических процессов и вариантов технического 15 исполнения рабочих органов современных почвообрабатывающих и посевных машин и комплексов.

1.4. Обзор рабочих органов катков, используемых на почвообраба- 27 тывающих и посевных машинах и комплексах.

1.5. Обзор теоретических исследований процессов взаимодействия 34 катков с почвой.

1.6. Анализ технологических процессов уплотнения почв повы- 38 шенной влажности и технических средств их реализации.

1.7. Обоснование задач исследований

2 Аналитическое описание взаимодействия пятна контакта 47 спиральной шины катка с почвой повышенной влажности

2.1. Обоснование технологического процесса и технического сред- 47 ства с регулируемыми параметрами щадящего уплотнения над-семенного слоя почвы повышенной влажности

2.2. Обоснование модели уплотнения с последующим разрывом 54 почвы повышенной влажности поверхностью элементарного штампа.

2.3. Анализ процесса усадки спиральной шины.

2.4. Базовые элементы математической модели конструкции спи- 64 рального катка.

2.5. Кинематическая характеристика элементарных точек исполни- 67 тельной поверхности спирального катка при его перекатывании по поверхности поля.

2.6. Кинематическая модель процесса взаимодействия спирального 74 пневматика с почвой.

3. Экспериментальные исследования процессов функциониро- 81 вания структурных элементов технологического и силового взаимодействия пневмоспирального катка с почвой повышенной влажности

3.1. Обоснование задач, общей методики и анализа требований, '81 предъявляемых к техническим средствам лабораторных экспериментальных исследований

3.2. Обоснование, выбор параметров и уровней их варьирования.

3.3. Техническое обеспечение лабораторных исследований.

3.4. Энергетические лабораторно-полевые испытания пневматиче- 105 ского спирального катка.

3.5. Методика агротехнической оценки работы экспериментального 115 катка.

4. Результаты лабораторных, полевых экспериментов и хо- 119 зяйственных испытаний процессов взаимодействия рабочей поверхности пневматического спирального катка с почвой повышенной влажности

4.1. Изменения твердости почвы по глубине в зависимости от ме- 119 ханического состава, влажности и нагрузки уплотнения.

4.2. Анализ закономерностей липкости.

4.3. Зависимости изменения предельного напряжения почвы разры- 130 ву.

4.4. Зависимости изменения ширины пятна контакта спиральной 136 шины пневматического катка.

4.5. Результаты обработки экспериментальных данных агротехни- 138 ческой оценки работы экспериментального катка.

4.6. Результаты обработки экспериментальных данных энергетиче- 147 ской оценки работы экспериментального катка.

5. Экономическая эффективность применения спиральных 149 пневматических катков на зерновых сеялках при посеве в почву повышенной влажности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование конструктивно-технологических и режимных параметров спирального пневматического катка для уплотнения почв повышенной влажности»

С развитием научно-технического прогресса в растениеводстве все большее значение имеет адаптация параметров технологических процессов и средств механизации к природно-климатическим и почвенным условиям богарного земледелия. Полноценному достижению преимуществ адаптивного земледелия в сухостепной зоне РФ способствует соблюдение оптимальных агротехнических сроков посева, что необходимо для повышения урожайности в результате продуктивного и рационального использования ранневесен-них запасов почвенной влаги, а также сохранению качества собранного урожая в результате обеспечения своевременного проведения уборочных работ.

При использовании высокопроизводительных машин и агрегатов точного земледелия простои в течение нескольких часов недопустимы, а проведение полевых работ за пределами агротехнических сроков приводит к прямым и косвенным потерям урожая на многие сотни миллионов рублей. Тем не менее, на посеве зерновых от 15 до 65% времени, оптимального по агротехническим срокам, посевные агрегаты простаивают по причине повышенной влажности посевного слоя.

Современные бороздообразующие и уплотняющие рабочие органы зерновых сеялок на физически спелых почвах обеспечивают качественное формирование семенного ложа и уплотнение надсеменного слоя, но при повышении влажности рабочие поверхности катков залипают и нарушают технологический процесс посева.

С целью исключения простоев посевных агрегатов и комплексов в ожидании физической спелости почв предлагается для уплотнения надсеменного слоя использовать пневматические спиральные самоочищающиеся катки.

Цель решения этой проблемы заключается в разработке конструкции, определении параметров и режимов работы прикатывающего рабочего органа посевных комплексов, при которых возможно качественное выполнение уплотнения почв повышенной влажности без сдерживания работ ожиданием отсутствия липкости почвы.

Цель исследования - обосновать и разработать каток для уплотнения рыхлых почв повышенной влажности при посеве зерновых культур, а также определить его конструктивно-технологические и режимные параметры.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Выявить факторы, способствующие снижению налипания и активизации отрыва почвенной корки от рабочей поверхности прикатывающих рабочих органов, разработать техническое средство, обеспечивающее возможность достаточного уплотнения разрыхленного слоя почвы повышенной влажности без залипания катка.

2. Разработать математическую модель уплотнения почвы и на основе экспериментальных данных, полученных в лабораторных и полевых условиях, а также методов численного анализа реализовать возможность использования ее для оптимизации конструкционных и эксплуатационных параметров спирального пневматического катка зерновой сеялки с учетом механического состава и повышенной влажности посевного слоя.

3. В полевых условиях проверить работоспособность и эффективность от применения зерновых сеялок, оборудованных предлагаемым спиральным пневматическим катком сверхнизкого давления.

Объект исследования - процесс уплотнения разрыхленной почвы повышенной влажности пневматическим спиральным катком.

Предмет исследования - закономерности щадящего уплотнения рыхлого надсеменного слоя почвы повышенной влажности пневматическим спиральным самоочищающимся катком.

Методика исследования - информационный обзор и анализ прототип-ных научных исследований, а также опыта передовой практики в части технологических процессов и средств механизации посева зерновых в экстремальных условиях, математическое моделирование с применением основных положений земледельческой механики, современной агротехнологии, программного обеспечения компьютерных технологий и основных разделов высшей математики.

Научную новизну работы составляют:

- математическая модель взаимодействия пневматического спирального катка с почвой, находящейся в состоянии повышенной влажности;

- закономерности уплотнения почв повышенной влажности, характеризующие динамику механико-технологического состояния надсеменного слоя;

- методики и технические средства, применяемые в экспериментальных лабораторных и полевых испытаниях предлагаемого пневматического спирального катка зерновой сеялки;

- методика определения оптимальных параметров и режимов технологического процесса уплотнения почв повышенной влажности;

- закономерности определения конструктивно-технологических и режимных параметров пневматического спирального катка.

Практическую ценность работы представляют:

- технологический процесс уплотнения почв повышенной влажности и каток, позволяющие посевным агрегатам выполнять весь объем посевных работ в оптимальные агротехнические сроки и с требуемым качеством;

- математическая модель, а также программа ЭВМ для определения конструктивно-технологических и режимных параметров самоочищающегося пневматического спирального катка с учетом заданного физико-механического состояния посевного слоя почвы;

- конструктивно-технологические и режимные параметры самоочищающегося пневматического спирального катка для черноземных почв регионов неустойчивого увлажнения;

- методика аналитических и экспериментальных исследований, и определения конструктивно-технологических и режимных параметров пневматических катков в качестве пособия для предприятий-изготовителей почвообрабатывающей и посевной техники, а также учебного материала для агроин-женерных специальностей высших учебных заведений.

Реализация результатов исследования. Опытный образец зерновой сеялки СЗП -3,6 ПСК, оборудованной пневматическими спиральными катками, изготовленными на Шильдинском ОАО «Моторемтехсервис» испытан в ОПХ «Советская Россия» и СПК «Теренсайский» Адамовского района.

На защиту выносятся:

- математическая модель взаимодействия пневматического спирального катка с почвой;

- методики экспериментальных исследований физико-механических характеристик почвы с учетом ее состояния;

- методика определения оптимальных параметров технологического процесса уплотнения почвы по характеристикам ее агротехнического и физико-механического состояния;

- конструкция пневматического спирального катка, новизна которого защищена двумя свидетельствами на полезную модель;

- зависимости физико-механических характеристик почвы, от степени механического воздействия уплотняющего технического средства на почву.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры «Эксплуатация МиО и организация* ГТН» ФГОУ ВПО ОГАУ в 1996 - 2008 гг., на ежегодных научно-практических конференциях факультета механизации ОГАУ в 1996 - 2008 гг., региональных научно-практических конференциях и конференциях НТТМ Администрации Оренбургской области.

Публикации. По материалам выполненных исследований получено два авторских свидетельства на полезную модель, опубликовано восемь работ, в том числе одна работа в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 105 рисунков. Список использованной литературы включает 117 наименований, в том числе 5 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Избасарова, Зауреш Исмарзаевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При посеве необходимо уплотнение надсеменного почвенного-слоя, поэтому современные почвообрабатывающие и посевные машины;в своей конструкции обязательно содержат прикатывающие рабочие органы. Прикатывающие рабочие органы предусмотрены для работы на физически спелых почвах. От 15 до 65% периода оптимального срока посева характеризуется состоянием повышенной влажности почвы, сдерживающей проведение посевных работ, что обусловливает качественную и количественную потерю выращенного урожая.

2. Для:уплотнения рыхлого надсеменного почвенного слоя повышенной, влажности при посеве зерновых предложен экспериментальный спиральный пневматический каток сверхнизкого давления; обеспечивающий самоочищение от налипшей почвенной корки, за счет: интенсивного скольжения' опорной; поверхности спирали по уплотненному слою почвы; совмещения продольной -оси пятна контакта спирали с направлением движениям агрегата;: интенсивного- крошения налипшей почвенной- корки в месте прекращения контакта опорной поверхности спирали с поверхностью поля в продольных и поперечных плоскостях; отталкивания фрагментов почвенной корки от поверхности спирали при переходе ее с радиуса усадки на радиус спирали; отслоения замечет действия сил сопротивления изгибу, веса и инерции.

3. Предложенная математическая модель пневматического катка позволяет определять оптимальные конструктивные, технологические и эксплуатационные параметры воздействия спиральной шины на почву с учетом ее влажности, механического состава и плотности.

Новизна конструкции и работы экспериментального пневматического катка состоит в реализации самоочищения от налипающей почвы в результате: регулирования степени скольжения катка в пределах 1,05 . 1,35 посредством изменения его угла атаки в пределах 0.400; изменения-удельного давления пятна контакта шины на поверхность поля в пределах 0,17.0,35 кПа и липкости почвы в пределах 0,032.0,045 кПа посредством изменения шага спирали в пределах 0,09.0,23 м, радиуса спирали в пределах 0,21.0,32 м, радиуса шины в пределах 0,020. .0,045 м.

4. Оптимальными конструктивно-технологическими и режимными параметрами пневматического спирального катка для глинистых и суглинистых черноземов являются: радиус катка в пределах 250.350 мм, радиус шины спирали в пределах.35.50 мм, шаг спирали в пределах 120. 190 мм, угол атаки катка в пределах 15.25°, давление воздуха в шине спирали в пределах 0,2.0,9 атм.

5. При оптимальных значениях конструктивно-технологических и режимных параметров достигаются агротехнические показатели: равномерность уплотнения, гребнистость 0,010.0,025 м, крошение 74.88%, залипаемость спиральной шины в пределах З.6%. При этом удельное тяговое сопротивление спирального пневматического катка находится в пределах 0,4.0,55 кН/м.

6. Для дальнейших исследований целесообразно изучить взаимную связь между влажностью, механическим составом, твердостью, плотностью, по-розностью и удельным сопротивлением почвы уплотнению почвы .'в режиме повышенной влажности.

7. Экономическая эффективность применения пневматических спиральных катков на зерновой сеялке СЗП - 3,6 ПСК характеризуется дополнительной прибылью в 975 рублей на гектар и окупаемостью капитальных вложений за 1,18 сезона. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Избасарова, Зауреш Исмарзаевна, 2009 год

1. Кузнецова М'.К. Виноградов М.А. Исследование процесса уплотнения почвы разными типами катков //Вопросы механизации почвозащитного земледелия. — Целиноград, 1976. с. 40-50

2. Белянкина Наталья Григорьевна. Формирование и развитие рынка пивоваренного ячменя/ Автореф дисс. на соиск уч степени канд. эконом, наук г. Балашиха, 2006г.

3. Рекомендации по организационно-экономическому механизму обновления технической базы сельского хозяйства ВНИЭСХ, М. 2000. Агроклиматические ресурсы Оренбургской области. — Д.: Гидрометеорологическое издательство, 1971, 120 с.

4. Агроклиматический справочник по Чкаловской области. JL: Гидрометеорологическое издательство. 1957, 268 с.

5. Скотников B;A., Машенский А.А., Солонский А.С. Основы, теории и расчета трактора и автомобиля.: Под редакцией В.А. Скогникова. — М.: Агроиромиздат, 1986. 383с.

6. Кацыгин-В.В;, Горин 1Г.С., З'енькович А. А. и др. /Под редакцией Се-вернева. М.М./ Перспективные мобильные энергетические:.средства (МЭС) для сельско-хозяйственного производства. Мн.:. Паука и техника, 1982.-272с.

7. Хархута Н.Я. и ВасильеваТО.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М.: Транс- ' порт, 1975.-288 с.

8. Кряжков В.М., СпиринА.П., Сизов О:А. Энергетические технологии в земледелии. М.: Информагротех, 1998. — 36 с.

9. Маслов B.C., Климанов А.В. Уплотняющее воздействие ходовых систем машин на почвы Среднего Поволжья. Куйбышев, .1989; 63с.

10. Противоэрозионный каток по № 604523

11. Почвообрабатывающее орудие № 1438637

12. Почвообрабатывающий каток № 2002106662:

13. Байрамгулов Ю;Г. Исследование влияния влажности почвы на нормы выработки и расхода топлива пахотных агрегатов в условиях лесостепи'Башкирской АССР! Автореф. дисс. ктн,-Уфа, 1970, 18с.47