Совершенствование конструкции рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Хмура, Александр Николаевич

• Хмура, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хмура, Александр Николаевич

Введение

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1 Характеристика почвенно-климатических условий Оренбургской области.

1.2 Система обработки почвы в Оренбургской области.

1.3 Агротехнические требования, предъявляемые к плоскорезной обработке почвы.

1.4 Способы улучшения агротехнических показателей основной обработки почвы.

1.5 Классификация рабочих органов плоскорезов и направления их совершенствования.

1.6 Цель и задачи исследования.

2 Теоретические исследования по обоснованию конструкции рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя.

2.1 Обоснование модели взаимодействия рабочего органа плоскореза с почвенной средой.

2.2 Обоснование установки дополнительных приспособлений на рабочем органе плоскореза-глубокорыхлителя.

2.3 Сравнительный анализ рабочих органов плоскореза-глубокорыхлителя

2.4 Теоретический расчет тягового сопротивления модернизированного рабочего органа плоскореза.

2.5 Обоснование конструктивных параметров предлагаемого рабочего органа плоскореза.

Выводы по главе.

3 Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Планирование многофакторного эксперимента.

3.3 Методика определения агротехнических показателей.

3.4 Методика определения энергетических показателей процесса почвообработки.

3.5 Методика обработки результатов экспериментальных исследований и оценка погрешностей измерений.

3.6 Методика определения влияния показателей работы плоскореза-глубокорыхлителя на урожайность зерновых культур.

Выводы по главе.

4 Результаты экспериментальных исследований.

4.1 Результаты многофакторного эксперимента.

4.2 Результаты экспериментальных исследований показателей работы стандартного и модернизированного рабочих органов

Выводы по главе.

5 Экономическая оценка применения плоскореза-глубокорыхлителя с экспериментальными рабочими органами.

5.1 Составление технологических карт.

5.2 Анализ изменения затрат на производство сельскохозяйственной продукции.

5.3 Экономическое обоснование эффективности предлагаемого способа механизации.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя»

Актуальность темы. Как свидетельствует международный и отечественный опыт, качество основной обработки почвы оказывает существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. На основании многолетних исследований в условиях Оренбургской области выявлено, что основную обработку почвы целесообразно проводить плоскорезами-глубокорыхлителями с целью осуществления борьбы с ветровой эрозией почвы. Однако существующие в настоящее время плоскорежущие рабочие органы для основной безотвальной обработки почвы недостаточно эффективны и не в полной мере создают благоприятные условия для роста и развития растений по причине невозможности их адаптирования к требуемой глубине обработки, что приводит к низкой степени крошения обрабатываемой почвы.

Поэтому работа посвящена актуальному и практически значимому для сельскохозяйственного производства вопросу - повышению качества основной безотвальной обработки почвы за счет использования рабочих органов плоскорезов-глубокорыхлителей, регулирующихся в зависимости от глубины обработки.

Цель работы. Повышение качества основной безотвальной обработки почвы путем совершенствования рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя и обоснования его параметров.

Объект исследования. Технологический процесс обработки почвы серийным и усовершенствованным рабочими органами плоскореза-глубокорыхлителя.

Предмет исследования. Закономерности, характеризующие процесс взаимодействия рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с почвой с учетом его конструктивно-геометрических параметров в соответствии с физико-механическимими свойствами почвы и агротехнологическими параметрами работы.

Методика исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, законов и методов классической механики, математики и аналитической геометрии. Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТами, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись ссиспользованием методов математической статистики, а также программ Microsoft Excel и Statistica 6.1.

Научная новизна. Разработана конструкция и обоснованы параметры рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с дополнительными приспособлениями, регулируемыми в зависимости от глубины обработки. Новизна предложенного технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2446652. Получены теоретические закономерности для определения тягового сопротивления разработанного рабочего органа, на основе которых была разработана и зарегистрирована в ФИПС программа для ЭВМ №2012614521.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических исследований позволили разработать гоюскорез-глубокорыхлитель с усовершенствованными рабочими органами. Применение экспериментального плоскореза-глубокорыхлителя для основной безотвальной обработки позволило увеличить степень крошения почвы на 26,9 % и степень подрезания сорной растительности (по всей глубине обработки - на 4,5 %, на глубине хода дополнительных приспособлений - на 92,5 %), в результате чего повысилась урожайность яровой пшеницы на 31,1 %.

Вклад автора в проведенное исследование. Разработана модель процесса обработки почвы рабочим органом плоскореза-глубокорыхлителя, разработан усовершенствованный рабочий орган плоскореза-глубокорыхлителя с дополнительными регулируемыми приспособлениями, получены аналитические зависимости, характеризующие изменение тягового сопротивления усовершенствованного рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя, для расчета тягового сопротивления разработана программа для ЭВМ, проведены полевые экспериментальные исследования плоскореза-глубокорыхлителя с модернизированными рабочими органами.

Достоверность результатов работы подтверждается высокой сходимостью теоретических данных результатов исследования разработанного рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с экспериментальными при основной безотвальной обработке почвы.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный плоскорез-глубокорыхлитель с модернизированными рабочими органами прошел производственные испытания в ООО «Лида» Гайского района Оренбургской области и внедрен в производство в НПЦ «Учебно-опытное поле» ОГАУ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе ОГАУ.

На защиту выносятся следующие положения:

• модель процесса обработки почвы рабочим органом плоскореза-глубокорыхлителя и обоснование необходимости применения дополнительных приспособлений на рабочем органе плоскореза-глубокорыхлителя;

• аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с дополнительными приспособлениями;

• конструкция рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с дополнительными приспособлениями с регулируемыми конструктивно-геометрическими параметрами;

• результаты экспериментальных исследований, подтверждающие зависимость энергетических и агротехнических показателей работы усовершенствованного рабочего органа плоскореза;

• показатели экономической эффективности использования плоскореза-глубокорыхлителя с разработанными рабочими органами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (2010 - 2012 гг.), межвузовских конференциях, международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука - сельскохозяйственному производству», посвященной 50-летию со дня основания ЦелинНИИМЭСХ, Казахстан, г. Костанай (2012 г.). Макет культиватора-плоскореза с разработанными рабочими органами демонстрировался на выставке НТТМ-2012 (г. Москва, отмечен премией «Призер» по поддержке талантливой молодежи приоритетного национального проекта «Образование»).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 4 печатные работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получен патент РФ на изобретение, свидетельство на программу для ЭВМ. Объем публикаций составляет 2,68 п.л., из них автору принадлежит 1,32 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 117 наименований и 17 приложений. Диссертация изложена на 111 страницах основного машинописного текста, содержит 8 таблиц и 37 рисунков. Общий объем диссертации составляет 147 страниц.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Хмура, Александр Николаевич

Общие выводы

1. Разработана теоретическая модель процесса обработки почвы рабочим органом плоскореза-глубокорыхлителя, где структура почвы рассматривается как сплошная деформируемая среда. В результате проведенного анализа было установлено, что для более эффективной обработки почвы плоскорезом-глубокорыхлителем необходимо его модернизация путем установки на основной рабочий орган дополнительных приспособлений, рыхлящих почву и подрезающих корни сорняков в верхних слоях.

2. Разработана конструкция рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя с дополнительными приспособлениями (вертикальными и горизонтальными ножами), рыхлящими верхние слои почвы, не повреждающими при этом стерню и подрезающими корневую систему сорняков, защищенная патентом РФ на изобретение № 2446652.

3. На основании моделирования технологического процесса обработки почвы рабочим органом плоскореза-глубокорыхлителя обоснованы его конструктивные параметры, обеспечивающие регулировку дополнительных приспособлений в четырех положениях:

• при угле наклона дополнительных приспособлений а = 32° -расстояние от подошвы основного рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя до горизонтальных ножей дополнительных приспособлений кт = 177,6 мм;

• при а = 44° - Нт = 215,4 мм;

• при а = 56° - /?,„ = 246,1 мм;

• при а = 68° - И1и = 268,5 мм.

4. Получены аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление усовершенствованного рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя в зависимости от его конструктивно-геометрических параметров, физико-механических свойств почвы и агротехнологических параметров работы (формулы (2.13), (2.52), (2.54)). Для расчета тягового сопротивления была разработана программа для ЭВМ №2012614521.

5. Проведенный многофакторный эксперимент выявил закономерности изменения параметров оптимизации (тягового сопротивления рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя 7/ и степени крошения почвы У2) от трех факторов: скорости движения агрегата X), глубины обработки Х2, угла наклона дополнительных рабочих органов Х3 (формулы (4.1), (4.2)). Установлено, что данные, полученные в результате теоретических исследований, обладают высокой сходимостью с результатами экспериментальных исследований.

6. Полевыми испытаниями установлены закономерности, характеризующие эффективность использования предлагаемого рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя, которые показали увеличение степени крошения почвы на 26,9 % и степени подрезания сорной растительности (по всей глубине обработки - на 4,5 %, на глубине хода дополнительных приспособлений - на 92,5 %) при возрастании тягового сопротивления на 19,1 %, а также повышение урожайности яровой пшеницы в условиях Оренбургской области на 31,1 %.

7. Расчеты экономической эффективности применения плоскореза-глубокорыхлителя с разработанными рабочими органами для основной обработки почвы показали более высокую эффективность производства, что отражается в снижении себестоимости 1 ц зерна на 92,67 руб./ц и увеличении уровня рентабельности на 35 %, при этом годовой экономический эффект составил 2062,18 руб./га при сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений 0,3 года при возделывании яровой пшеницы площадью 250 га (по ценам за 2011 г.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хмура, Александр Николаевич, 2012 год

1. Авторское свидетельство СССР на изобретение 1014480, МПК А01В35/26 Рабочий орган для безотвальной обработки почвы на склонах / И.И. Максимов, В.Ю. Блау - 27.08.1981. - 3 с.

2. Авторское свидетельство СССР на изобретение 1052175, МПК А01В35/00 Рабочий орган орудия для обработки почвы / В.И. Ветохин, A.B. Павлов и др. 01.07.1981.

3. Авторское свидетельство СССР на изобретение 1595359, МПК А01В35/28 Рабочий орган культиватора-плоскореза/ А.Ф. Волик, Г.В. Хотюн, A.A. Волик 21.11.1988.

4. Авторское свидетельство СССР на изобретение 978746, МПК А01В35/08 Рабочий орган культиватора / П.М. Котов, Н.В. Краснощеков и др. 07.12.1982.

5. Агроклиматические ресурсы Оренбургской области / под. ред. В.Н. Бодрикова. Ленинград: Гидрометеорологическое издательство. — 1971.-120 с.

6. Аджиловский А.Д. Исследование особенностей основной обработки почвы Северного Зауралья плугами с роликовыми отвалами. Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск. 1968. - 20 с.

7. Айзерман, М. А. Классическая механика: учеб. пособие для вузов.- 2-е изд., перераб. М.: Наука. - 1980. - 368 с.

8. Акимов А.П., Константинов Ю.В., Аквильянова И.Н. Влияние свойств почвы и глубины хода дискового ножа на его сопротивление //Тракторы и сельхозмашины. 2011.- №11.- С. 38 - 41.

9. Аугамбаев М., Иванов А.З, Терехов Ю.И. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента: учебное пособие / под. ред. д. т. н., профессора Рудакова Г.М. Ташкент: Укитувчи. - 2004. -336 с.

10. Бабкин A.B., Селиванов В.В. Прикладная механика сплошных сред в3 томах / Том 1. Основы механики сплошных сред: учебник для ВТУЗов. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана. - 2006. - 376 с.

11. Базаров М.К., Огородников П.И. шах информации при min сложности методов количественного анализа (пособие начинающему исследователю). Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН. -2008.-357 с.

12. Бурмин И.М. Исследование оптимальных режимов вибрации почвоуглубителей / В кн.: Состояние и перспективы развития почвообрабатывающих машин, фрез и культиваторов. Материалы НТСВИСХОМ. Вып. 25.-М.: 1968.-С. 310-316.

13. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир. 1973. — 760 с.

14. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почвы. М.: Агропромиздат. 1986. - 416 с.

15. Васильев A.B., Раппопорт Д.М. Тензометрирование и его применение в исследованиях тракторов. 1963. - 339 с.

16. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка опытных данных. М.: Колос. - 1973. - 199 с.

17. Ветохин В.И. Модель крошения почвы под действием клина. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. №10. - 1994. -С. 25 - 27.

18. Виноградов В.И. Взаимодействие рабочих органов лемешного плуга с почвой и методы снижения энергоемкости пахоты. Автореф. дис. докт. техн. наук. Саратов. - 1967. - 78 с.

19. Виноградов В.И. Влияние жидкостной смазки рабочих органов на тяговое сопротивление культиватора-глубокорыхлителя // В кн.: Механизация сельскохозяйственного производства: Сб. научных трудов ЧИМЭСХ. Вып. 43. Ч. 2. Челябинск. - 1969. - С. 19 - 27.

20. Виноградов И.М. Аналитическая геометрия. М.: Наука. - 1986. -173 с.21