Обоснование конструктивной схемы и параметров комбинированного почвообрабатывающе-посевного агрегата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Мамбеталин, Кахим Токушевич

• Мамбеталин, Кахим Токушевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мамбеталин, Кахим Токушевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обоснование возможности применения в условиях Северного Казахстана комбинированных агрегатов

1.2. Обзор существующих конструктивных схем комбинированных агрегатов

1.3. Анализ работ по изучению и обоснованию параметров комбинированного агрегата

1.4. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ СОВМЕЩЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА

2.1. Теоретические основы совмещения рабочих органов

2.2. Обобщенная математическая модель рабочего процесса КПП А

2.2.1. Разработка математической модели для автоматизированного проектирования КППА

2.2.2. Представление конструктивной схемы КППА ориентированными графами

2.2.3. Выбор обобщенных координат и расчетной схемы агрегата

2.2.4. Модель поверхности поля

2.2.5. Модель сопротивления почвы

2.2.6. Математическая модель агрегата

2.2.6.1. Определение радиус-векторов и кинетических

моментов

2.2.6.2. Определение главного вектора, главных моментов

внешних сил

2.2.7. Программа для изучения рабочего процесса агрегата

на основе общей математической модели

2.3. Кинематическая модель агрегата

2.4. Программа расчета с применением кинематической модели

2.5. Назначение и состав пакета программ

2.6. Применение пакета программ

2.7. Обоснование конструктивной схемы и рациональных параметров комбинированного агрегата

2.7.1. Выбор конструктивной схемы КППА

2.7.2. Обоснование параметров КППА

Глава 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Экспериментальный КППА, приборы, использованные

при проведении исследований

3.2. Методика измерения и регистрации показателей

3.3. Методика обработки результатов измерений и оценка погрешностей опыта

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование конструктивной схемы и параметров комбинированного почвообрабатывающе-посевного агрегата»

ВВЕДЕНИЕ

Статистические данные последних лет свидетельствуют об уменьшении площади посевов под зерновыми культурами и о снижении их урожайности. Отмечается, что "в результате снижения плодородия почв и несбалансированности удобрений снижается урожайность зерновых на 12-14 ц/га" [1]. Одной из основных причин потери почвой плодородия является несовершенство применяемых технологии обработки почвы и посева. В связи с этим начинают внедряться технологии нулевой и минимальной обработки почвы [2,3] с использованием комбинированных машин, выполняющих несколько технологических операций за один рабочий проход. Значение совмещения операции особенно велико в период проведения весенне-полевых работ. При возделывании сельскохозяйственных культур одним из основных требований к проведению операций предпосевной обработки почвы и посева является их неразрывность во времени. Так, проведение их с разрывом между ними не более двух часов обеспечивает появление всходов на 3-4 дня раньше, чем при промежутке в одни-двое суток [4]. Это объясняется тем, что предпосевная обработка почвы ведет к иссушению ее поверхностного слоя и потере влаги. При последующем проходе сошника сухая почва попадает на дно борозды вместе с семенами, снижая влажность в зоне расположения семян и ухудшая условия их прорастания.

Закрытие влаги, предпосевная обработка почвы и посев одно-операционными машинами обуславливают многочисленные проходы трактора и ходовых колес машин по полю. При этом уплотняется до 60% его площади. Отдельные участки подвергаются трех-девятикратному

воздействию, что снижает на этих участках урожайность зерновых на 10%, картофеля на 50%, сахарной свеклы на 15% [3].

Кроме того, однооперационными машинами полностью не удается загрузить скоростные энергонасыщенные трактора, особенно на полях малых размеров, поскольку увеличение рабочей скорости ограничивается агротехническими требованиями, а увеличение ширины захвата снижает коэффициент использования времени смены. Негативные последствия перечисленных факторов привели в последние 50-75 лет к снижению содержания гумуса в почве на 6-7% [4,1], к распылению ^ верхнего и переуплотнению нижнего слоев почвы. Это в свою очередь повышает склонность почвы к ветровой и водной эрозии. Нарушается оптимальное соотношение твердой (50%), жидкой (25%) и газообраз- j) ной (25%) фаз, при котором почва считается плодородной [5]. Нару- ' шается водно-воздушный режим питания почвы, наблюдаются изрежен-ные всходы сельскохозяйственных культур, интенсивное развитие сорняков и как следствие - низкая продуктивность полей. По современной концепции развития земледелия, технология возделывания сельскохозяйственных культур должна быть высокопродуктивной почвозащитной, влаго-ресурсо-трудосберегающей и экологически безопасной. Такую технологию можно получить несколькими способами, в том числе и применением комбинированных машин [1].

Учеными ВНИИЗХ [4] проводились исследования по выявлению агротехнической роли операций закрытия влаги и предпосевной обработки почвы применительно к условиям Северного Казахстана, где в основном применяется почвозащитная технология. Установлено:

- эти операции не повышают ветроустойчивости почвы;

- отсутствует эффект "закрытия влаги" из-за особенностей южных карбонатных черноземов саморазрыхляться при подсыхании весной и образовывать мульчирующий слой, который препятствует потере влаги;

- из-за короткого периода между операциями сорняки не прорастают, отчего не уменьшается засоренность полей;

- названные операции не оказывают существенного влияния на содержание нитратов в пахотном слое и на урожайность возделываемых культур.

Отсюда можно сделать вывод, что в условиях Северного Казахстана можно обойтись без раздельного проведения закрытия влаги' и предпосевной обработки почвы. Возможным и необходимым является совмещение этих операций с посевом при применении единого комбинированного агрегата.

Поэтому целью данной работы является обоснование конструктивной схемы комбинированного почвообрабатывающе-посевного агрегата (КППА) для условий Северного Казахстана и его рациональных параметров.

Объект исследования: технологический процесс работы комбинированного агрегата.

Предметом исследования является зависимость качественных и энергетических показателей работы комбинированных агрегатов от.их конструктивной схемы и параметров.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы и приложений, изложена на 141 стр. машинописного текста и содержит 52 рисунка, 17 таблиц; список использованной литературы содержит 80 источников. В первой главе обоснованы и установлены цель и задачи исследования.

Во второй главе описана разработанная методика теоретических и экспериментальных исследований.

Третья глава посвящена, обоснованию схемы совмещения рабочих

органов комбинированного агрегата на основе математического моделирования .

В четвертой главе обоснованы выбор конструктивной схемы комбинированного агрегата и его рациональные параметры.

В пятой главе определяется экономическая эффективность применения комбинированного агрегата.

Научная новизна работы заключается:

- в обосновании схем совмещения рабочих органов КППА с учетом их последействия;

- в обосновании конструктивной схемы и параметров КППА на основе обобщенной математической модели почвообрабатывающих агрегатов в условиях, максимально приближенных к реальным (рельеф поля и сопротивление почвы учитывались в модели в виде двухмерных нестационарных случайных функции).

На защиту выносятся:

- обоснованный вариант совмещения рабочих органов комбинированного агрегата;

- обоснованные конструктивная схема и параметры комбинированного агрегата;

- результаты экспериментальных исследований.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Мамбеталин, Кахим Токушевич

выводы

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Выявлена эффективность внедрения для условий зоны комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов на основе анализа почвенно-климатических условий Северного Казахстана и технологий возделывания сельскохозяйственных культур

2. Осуществлен порядок совмещения рабочих органов в агрегате с учетом их последействия. На этих условиях обосновано рациональное сочетание рабочих органов в такой последовательности: стрельчатая лапа - гофрированный диск - клиновидный диск - сошник -прутковый каток.

3. Обоснованы конструктивная схема и параметры агрегата по обобщенной математической модели, описывающей технологический процесс на всех этапах работы агрегата с учетом возмущающих факторов (рельефа поля и свойств почвы), близких к реальным. Составление и вывод множества сложных уравнений с помощью ЭВМ, независимо от степени свободы агрегата обеспечивает сокращение сроков проектирования, уменьшение объемов экспериментальных исследований, повышение надежности и качества работы проектируемых орудий, что в конечном счете снижает материальные затраты.

4. Обоснована конструктивная схема расположения рабочих органов на раме орудия. С учетом обеспечения минимума тягового сопротивления, выполнения агротехнических требований к предпосевной обработке почвы и посева, а также устранения забивания комьев поч вы, растительных остатков между рабочими органами выбрано:

- двухрядное расположение стрельчатых лап;

- одно- и двухрядное расположение сошников;

- однорядное расположение дисков и катка,

5. Рациональными параметрами комбинированного почвообрабаты-вающе-посевного агрегата являются следующие:

- длина прицепа Х0 = 1,1-1,3 м;

- расстояние от точки прицепа до опорного колеса X = 1,5ьс

1,8 м;

- расстояние между опорным колесом и клиновидными катками

X = 1,9-2,3 м; . оп '

- расстояние от точки прицепа до центра сопротивления агрегата 10 = 3,2-3,4 м;

- расстояние от опорного колеса до первого ряда стрельчатых лап X = 0,4-0,6 м; л ' '

- расстояние между рядами стрельчатых лап Х^ = 0,6-0,9 м;

- расстояние между вторым рядом стрельчатых лап и рядом клиновидных дисков Х2 = 0,6-0,9 м;

- расстояние между рядом клиновидных дисков и рядом сошников Х3 = 0,8-1,0 м;

- расстояние между сошниками и прутковым катком Х^ = 0,9-1,2 м.

6. В процессе работы агрегат обеспечивает сохранение заданной глубины обработки почвы и посева в агротехнически допустимых пределах. Отклонение не превышает -3%. Качество крошения: доля частиц размерами меньше 50 мм составляет "82%, размерами больше 50 3 мм -~17%. Плотность почвы в слое 0-10 см равна 1,26 г/см при 3 исходной, после плоскорезной обработки -1,40 г/см . Отклонения тягового сопротивления не превышают -2%. Оптимальная скорость движения агрегата 1,9-2,2 м/с.

7. Посевы озимой ржи, произведенные комбинированным агрегатом на опытном участке, дали всходы на 1-2 дня раньше, чем обычный посев. По окончании осенней вегетации на опытном участке: о высота растений составляла 13-15 см; густота-310 шт/м .густота 2 стеблей -1230 шт/м ; на обычном посеве соответственно: 9-15 см; 260 шт/м2; 1089 шт/м2.

8. Экономическая эффективность агрегата выявлена при сравнений с существующей технологией проведения посевных работ. Применение комбинированного агрегата позволяет снизить:

- прямые энергозатраты на 55%;

- энергоемкость трактора на 30%;

- общие затраты на 32%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мамбеталин, Кахим Токушевич, 1998 год

Список использованной литературы

1. Концепция развития посевных машин до 2005 года. М.: РАСХН, 1994.

2. Методы эффективного совмещения операции возделывания сельскохозяйственных культур. Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. М., 1983.

3. Дроздов В.И., Сердечный А.Н. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты. М.: Агропромиздат, 1988.

4. Зинченко И.Г., Скоробогатова В.Н. Эффективность приемов ранневесенней обработки почвы при почвозащитной технологии возделывания яровой пшеницы: Тр./ ВНИИЗХ. Целиноград, 1976,

5. Роль обработки почвы в интенсификации зернового производства Северного Казахстана. Алма-Аты: МСХ республики Казахстан, 1994.

6. Селекция и технология возделывания кормовых и зерновых культур в Северном Казахстане. Кокшетау: КНИИСХ, 1997.

7. Шнайдер A.M. Эффективность минимализации обработок в пару // Технология выращивания зерновых культур в Кокчетавской области. Алма-Ата: Кайнар, 1985.

8. Почвозащитная система земледелия . Алма-Ата: Кайнар, 1985.

9. Роль обработки почвы в интенсификации зернового производства в Северном Казахстане. МСХ республики Казахстан, 1994.

10. Пути повышения плодородия почвы в почвозащитной системе земледелия: Сб.науч.тр./КНИИЗХ. Алматы, 1993.

11. Технология выращивания зерновых культур в Кокчетавской области. Алма-Ата: Кайнар, 1985.

12. Белов Г.Д., Подолько А.П. Уплотнение почв тракторами и урожай // Земледелие, 1977, N 9.

13. Кононов А.М., Гарбар В.А. Уплотнение почвы агрегатами // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1973, N 1.

14. Попов А.И., Нугис Э.Ю., Мехлак-Сюитс А.Х. Воздействие колес машин на почву // Земледелие, 1977, N 2.

15. Орловский И.Ф. Проблема снижения уплотнения почвы в условиях интенсивного земледелия: Тр./БСХА. Горки, 1987.

16. Кушнарев А.С.Проблема повышения плодородия почв // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1989, N 1.

17. Бондарев А.Г., Кузнецова И.В., Шептухов В.Н. и др. Физические свойства почвы и проблема совмещения операции при их обработке: Тр./ ВИМ, т.88. М., 1980.

18. Требушенко Е.П. Эффективность систем и доз основного внесения суперфосфата в пятипольном зернопаровом севообороте // Технология выращивания зерновых культур в Кокчетавской области. Алма-Ата: Кайнар, 1985.

19. Кабаков Н.С., Мордухович А.И. Комбинированные почвообрабатывающие и посевные агрегаты и машины. М.: Россельхозиздат, 1984.

20. Дроздов В.Н., Кандеев В.Ф. Комбинированные почвообраба-тывающе-посевные машины. М.: Нива России, 1992.

21. Гурьев И.И., Каргамышев И.Н. Обоснование агротребований на технические средства для минимализации обработок почвы // Техника в сельском хозяйстве, 1992, N 4.

22. Сивашинский И.И., Мещеряков А.А. Прогнозирование оптимальных схем комбинированных машин и агрегатов, параметров и

режимов их работы // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1983, N 3.

23. Почвозащитное земледелие / Под ред. А.И.Бараева. М.,

1975.

24. Кузнецов Ю.И. Обоснование расстановки рабочих органов комбинированного орудия // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1983, N 4.

25. Медведев В.В., Слободюк П.И., Пащенко В.Ф. Использование агрофизических свойств черноземов при разработке почвообрабатывающих машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, N 3.

26. Нугис Э.Ю. Оценка состояния системы "машина-почва-растение" при различных сочетаниях механического воздействия -на почву // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, N 3.

27. Давидсон Е.И., Николаев Г.А. Сочетание рыхлительных рабочих органов в комбинированных агрегатах: Тр./ЛСХИ, т.415, 1981.

28. Давидсон Е.И., Волегов A.C., Николаев Г.А. Рациональное число рабочих органов в почвообрабатывающих комбинированных агрегатах: Тр./ЛСХИ, т.397, 1980.

29. Дубовский А.И. Влияние минимальной обработки почвы на равномерность глубины заделки семян: Тр./БСХА, Горки, 1987.

30. Клочков A.B. Комбинированный способ обработки почвы, и посева зерновых культур: Тр./БСХА. Горки, 1986.

31. Гайнанов Х.С. К вопросу оценки эффективности комбинированных машин и орудий // Повышение эффективности использования и совершенствование конструкции сельскохозяйственной техники: Сб.науч.тр./ Казанский СХИ, Казань, 1982.

32. Вилде A.A., Цесниекс А.Х., Моритис Ю.П. и др. Комбиниро ванные почвообрабатывающие машины. JI. : Агропромиздат , 1986.

33. Мазитов Н.К. Машины почво-водоохранного земледелия. М.: Россельхозиздат, 1987.

34. Горячкин В.П. Земледельческая механика. В 3-х томах. Т.2. М.: Колос, 1968.

35. Горячкин В.П. Об устойчивости пахотных орудий. Собр.соч. в 3-х томах. Т.2. М.: Колос, 1965.

36. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. Теория, расчет, проектирование и испытание. М.: Сельхозгиз, 1955.

37. Сабликов М.В., Кузьмин М.В. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным машинам. М.: Колос, 1973.

38. Лучинский Н.Д. Кинематика и динамика некоторых механизмов сельскохозяйственных машин. М.: Колос, 1972.

39. Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1965.

40. Василенко П.М. Построение математических моделей машинных агрегатов // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1975, N 1.

41. Василенко П.М. Построение расчетных моделей функционирования многомассовых машинных агрегатов на основании канонических уравнений динамики. Докл. ВАСХНИЛ, т.12, 1981.

42. Василенко П.М. Современные математические методы и их применение в земледельческой механике: Тр./ ВАСХНИЛ, т.10, 1968.

43. Артоболевский И.И.' Основные проблемы современной динамики машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1961, N 5. •

44. Артоболевский И.И. Динамика машин с учетом упругости и переменности масс. М.: Наука, 1977.

45. Артоболевский И.И. Динамика машинных агрегатов на предельных режимах движения. М.: Наука, 1977.

46. Лурье А.Б. Динамика регулирования навесных сельскохозяйственных агрегатов. М.: Машиностроение, 1969.

47. Лурье А.Б. Об оценках эффективности функционирования сельскохозяйственных машин и их технологических процессов // Автоматизация, контроль и сигнализация в сельскохозяйственных машинах: Сб.науч.тр./НПО ВИСХОМ. М., 1989.

48. Тимофеев А.И. Динамика мобильных сельскохозяйственных машин и агрегатов. Автореф. дисс....докт.техн.наук. М., 1971.

49. Любимов А.И. Динамика широкозахватных агрегатов основной обработки почвы. Автореф.дисс....докт.техн.наук. Челябинск, 1973.

50. Бледных В.В. Исследование динамических свойств . полунавесных плугов. Автореф.дисс. ...канд.техн.наук. Челябинск, 1967.

51. Бледных В.В. Совершенствование рабочих органов почвооб рабатывающих машин на основе математического моделирования технологических процессов. Автореф.дисс....докт.техн.наук. Л.-Пушкин, 1989.

52. Поликутин Н.Г. Исследование процессов подьема и заглубления навесного плуга. Автореф.дисс....канд.техн.наук. Челябинск,

}

1969.

53. Любимов А.И., Рахимов Р.С., Янкелевич В.Г. Элементы системы автоматизированного проектирования широкозахватных почвообрабатывающих машин. Челябинск, 1988.

54. Слесарев В.Н., Батяхин Ю.Ф. Вопросы оптимизации почвенных условий для растений: Тр./ Сибирского отд. ВАСХНИЛ, 1979.

55. Лихтенберг А.И., Лапоников В.Н., Филонов В.Н. и др. Диагностика потребности зерновых культур в азотных удобрениях на южных карбонатных черноземах // Пути повышения плодородия почвы в почвозащитной системе земледелия: Сб./ КазНИИЗХ им.А.И.Бараева. Алма-Аты,1993.

56. Лурье А.Б., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. Л.: Машиностроение, 1981.

57. Любимов А.И., Рахимов P.C., Янкелевич В.Г. Модель поверхности поля для систем автоматизированного проектирования на ЭВМ широкозахватных почвообрабатывающих машин // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов: Сб.науч.тр./ЧИМЭСХ. Челябинск, 1987.

58. Рахимов P.C., Стрижов В.А., Янкелевич В.Г. Методика определения характеристик неровностей рельефа поля как двухмерной нестационарной случайной функции // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов: Сб.науч.тр./ЧИМЭСХ. Челябинск, 1987.

59. Хачатрян Х.А. Стабильность работы почвообрабатывающих агрегатов. М.: Машиностроение, 1974.

60. Солодовников В.В., Матвеев П.С., Вольденберг Ю.С. и др. Вычислительная техника в применении для статистических исследований и расчетов систем автоматического управления. М.: Машгиз, 1963 .

61. Князев A.A. Физико-механические и технологические свойства почвы в процессе обработки зяби в условиях Северного Поволжья. Куйбышев, 1975.

62. Рахимов P.C. Повышение эффективности технологического процесса работы противоэрозионных почвообрабатывающих машин. Дисс....докт.техн.наук. Челябинск, 1990.

63. Грибановский А.П. Теоретические и экспериментальные основы разработки орудий для плоскорезной обработки почв, подверженных ветровой эрозий. Дисс....докт.техн.наук. Алма-Ата, 1978.

64. Форсайт Д., Малькольм Н., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980.

65. Тенденция развития комбинированных почвообрабатывающих и посевных машин и агрегатов. Под научн.ред. И.М.Панова. М., 1975.

66. Виленкин С.С. Статистическая обработка результатов исследования случайных функции. М.: Энергия, 1979.

67. Шаров Н.М. Эксплуатационные свойства машинно-тракторных агрегатов. М.: Колос, 1981.

68. Кузнецов Ю.А. Сельскохозяйственные машины и орудия. М.: ЦНИИТЭИ Тракторосельмаш, 1984.

69. Бахтин П.У. Исследования физико-механических и техноло-гическихсвойств основных типов почв СССР. М.: Колос, 1969.

70. Гаюпов Х.Э. Некоторые результаты исследования распределения твердости и влажности почвы при обработке плоскорезом-щелевателем // Почвообрабатывающие машины и динамика сельскохозяйственных агрегатов: Сб.науч.тр./ЧИМЭСХ. Челябинск, 1977, вып.128.

71.ОСТ.70.2.18-73. Испытания сельскохозяйственной техники. Основные положения и показатели экономической оценки.

72.ОСТ.70.4.2-80. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. -Программа и методы испытании.

73.ГОСТ.20915-75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытании

74. Васильев A.B., Рапопорт Д.M. Тензометрирование и его применения в исследованиях тракторов. М.: Машгиз, 1963.

75. Свешников С. Г. Основы теории ошибок. JÏ.: Ленингр . ун-т ,

1972.

76. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных. М.: Колос, 1973.

77. Кардашевский C.B. и др. Испытания сельскохозяйственной техники. М.: Машиностроение, 1979.

78. Емельянов Ю.А. Обоснование конструктивных параметров секционного плуга-рыхлителя. Автореф.дисс....канд.техн.наук. Челябинск, 1987.

79. Панус Ю.В., Брюханов В.В., Нарушевич Н.П. Методические указания к дипломному проектированию "Оценка экономической эффективности инженерных разработок. Челябинск, 1993.

80. Токарев В.А. и др. Методические рекомендации по топливно-энергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологии в растениеводстве. М.: ВИМ, 1989.