Устройство для предпосевной обработки почвы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Увеличение производства зерна зерновых колосовых культур одна из важных задач дальнейшего развития сельского хозяйства. От ее решения зависит удовлетворение растущих потребностей населения в продуктах питания и развития отрасли животноводства. На основании научных исследований известно [7, 8, 14], что почва - уникальное природное тело, характеризуемое плодородием, которое снижается при неправильном обращении с ней, поэтому так важно определить рациональные приемы и технические средства для обработки почвы. Основная цель обработки почвы - создать наиболее благоприятные условия для роста и развития культурных растений, а также условия, способствующие непрерывному повышению ее плодородия, и вместе с тем направленные к устранению причин, мешающих проявлению этих условий. Основным условием плодородия почвы является прочная комковатая структура. В бесструктурной почве невозможно создать оптимального и постоянного водно-воздушного режима. В этом случае влага, выпадающая из атмосферы, в том числе и талая вода, скапливается на поверхности почвы и стекает по уклонам в долины рек, либо на замкнутые пониженные уровни. Но при этом испарение влаги с нижних слоев оказывается равномерным и даже ускоренным, что приводит иссушению почвы и стихийности в колебаниях урожаев. И, наоборот, в структурной почве обеспечивается быстрое проникновение воды, в том числе и талой, в толщу обработанного слоя. Испарение воды значительно снижается и обеспечивается ее устойчивый запас.

При обработке почву крошат, рыхлят, перемещают частицы в вертикальном и горизонтальном направлениях, уплотняют, а также подрезают и извлекают сорняки. Качество обработки почвы зависит от формы рабочих органов, их расположения, размеров, скорости движения машины.

Агротехнические требования к качеству подготовки почвы и посева озимых колосовых культур следует рассматривать комплексно, т.е. не только с точки зрения придания почве таких характеристик, которые способствовали бы сохранению влаги, оставшейся в почве и накопления влаги от выпадающих осадков, но и с точки зрения способности посевных машин качественно заделать семена в почву с достигнутым качеством ее обработки. Агротехнические требования к подготовке почвы под посев должны полностью учитывать почвенно-климатические условия, биологические особенности культуры и охрану окружающей среды.

В теории и практике современного земледелия существуют различные технологии обработки почвы, от которых в большей мере зависит почвенное плодородие. В почвозащитной системе земледелия безотвальная обработка почвы играет главную роль не только в предупреждении возможности развития ветровой и водной эрозии, но и регулировании ее физических, химических и биологических свойств для наиболее полного использования почвенных и климатических ресурсов с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Природные условия в разных зонах различны. Поэтому система обработки почвы имеет зональные особенности. Она включает в себя основную (зяблевую), паровую и предпосевную обработку.

Основными задачами предпосевной обработки почвы являются: снижение потерь влаги, насыщение почвы кислородом, регулирование теплового режима, что достигается путем рыхления, выравнивания, прикатывания верхнего слоя почвы, в зависимости от каждого конкретного случая; обеспечения требуемой плотности почвы на глубину посева; уничтожения всходов сорных растений; внесение и заделка удобрений или пестицидов.

Эти задачи успешно решаются при обработке почвы плоскорезными орудиями. B современном производстве продукции растениеводства для реализации поставленных задач широко используют различные машины и технологии. Проведенный обзор отечественных и зарубежных технических средств для осуществления предпосевной обработки почвы, показывает, что отечественные технические средства для ее осуществления не полностью отвечают требованиям влаго-, энерго-, ресурсосберегающих технологий. Зарубежные машины в условиях России приемлемы исключительно только на полях с высоким агрофоном. В обычных условиях агрофона полей они приводят к резкому повышению себестоимости продуктов растениеводства.

На основе проведенного анализа [9, 12, 13], а также согласно данных, полученных отечественными и зарубежными исследователями можно сделать выводы: зерновой предпосевной тяговой

- целью выбора способа обработки должна быть минимизация затрат на единицу произведенной продукции с наибольшим экономическим эффектом и сохранением плодородия почвы;

- положительный эффект от минимизации обработки достигается на окультуренных почвах, чистых от сорняков, равновесная плотность которых близка к оптимальной для возделывания большинства полевых культур. Однако необходимо учитывать, что уменьшение интенсивности механической обработки, как правило, влечет за собой увеличение засоренности посевов и способствует возрастанию дефицита азота в почве, причем эти закономерности усиливаются с увеличением увлажненности по мере продвижения с юга на север;

- минимизация обработки почвы может быть реализована лишь при достаточной обеспеченности хозяйств соответствующей техникой, удобрениями, пестицидами при высокой культуре земледелия.

Таким образом, на данном этапе весьма актуальным является совершенствование конструктивно-технологических средств для предпосевной обработки почвы.

Цель исследований снижение засоренности почв и минимизация затрат.

Для реализации цели поставлены следующие задачи исследований.

1. Провести поисковые исследования технических средств предпосевной обработки почвы.

2. Разработать конструктивно-технологическое средство для механизированных процессов предпосевной почвообработки.

Реализация задач исследований осуществлена следующим образом. На основании выше сказанного и проведенных патентных исследований [10, 11] нами разработано конструкторское решение устройства (рисунки 1, 2) для предпосевной обработки почвы включающее двухбрусную раму 1 с опорными колесами 2 и с трехточечной системой навески 3. На брусьях рамы в шахматном порядке с перекрытием установлены рабочие органы. При этом рабочие органы содержат стойки 4 оснащенные внизу ножами 5 в виде плоских дисков с заточкой. Рабочие органы установлены сзади за брусьями рамы 1, шарнирно с помощью закрепленных на приваренных кронштейнах 6 подшипниках 7, и под углом 10-13° к направлению движения. Внутри брусьев рамы 1 размещены в направляющих ползуны 8 из квадратного или прямоугольного профиля, установленные параллельно стойкам 4, оснащенные элементами 9 в виде зубчатых реек. Стойки 4 в верхней части между подшипниками 7 оснащены жестко закрепленными звездочками 10, которые через прорезанные щели 11 размещены также внутри брусьев рамы 1 и кинематически связаны с элементами 9. Ползуны 8 в каждом брусе рамы 1 связаны через шатуны 12 с кривошипами 13, которые связаны с мотор-редукторами 14 постоянного тока, подключенные к энергосистеме трактора (на схеме не показан).

Устройство для предпосевной обработки почвы работает следующим образом. На настроенном, на заданную глубину 6-8 мм, с помощью опорного колеса 3, устройстве в поле, механизатор включает от энергосистемы трактора мотор-редукторы 14 постоянного тока, которые вращают кривошипы 13. Кривошипы 13 посредством шатунов 12 сообщают ползунам 8 возвратно поступательное движение, преобразующие через реечные элементы 9 во вращательное движение то в одну, то в другую сторону звездочек 10. Звездочки 10 соответственно передают данное движение стойкам 4 и ножам 5. Затем механизатор опускает раму 1 со стойками 4 и дисковыми ножами 5 совершающими возвратно-вращательное движение в рабочее положение, и включает ходовую систему трактора. Благодаря поступательному движению рамы 1 и наклону рабочих органов дисковые ножи 5 заглубляются, а благодаря заточке ножей 5, их возвратно-вращательному движению обеспечивается более полное срезание корневищ сорных растений и повышается качество предпосевной обработки почвы.

Рисунок 1 - Устройство для предпосевной обработки почвы

Рисунок 2 - Устройство для предпосевной обработки почвы

Ранее проведенными исследованиями доказано [2, 3, 4, 6], что использование горизонтально расположенных дисковых рабочих органов способствует снижению тягового сопротивления на 16 % по сравнению с серийными стрельчатыми лапами, используемыми на предпосевной обработке почвы, а соответственно снижению энергетических затрат при сохранении качественных показателей в пределах агротехнических требований [1, 5].

Таким образом, нами были:

-проанализированы технические средства (аналоги) для предпосевной обработки почвы;

- разработано усовершенствованное конструктивно- технологическое средство для предпосевной культивации почвы;

-применение данного средства обеспечит высокое качество предпосевной обработки почвы благодаря полному срезанию корневищ сорных растений.

На рисунках 3 - 14 представлены фотографии устройства для предпосевной обработки почвы в разных ракурсах.

Рисунок 3 - Опорные колеса

Рисунок 4 - Нож в виде плоского диска

Рисунок 5 - Звездочка

Рисунок 6 - Прорезанная щель

Рисунок 7 - Мотор-редуктор

Рисунок 8 - Механизм привода рабочих органов

Рисунок 9 - Устройство для предпосевной обработки почвы (вид спереди)

Рисунок 10 - Устройство для предпосевной обработки почвы (вид сверху)

Рисунок 11 - Устройство для предпосевной обработки почвы (вид сзади)

Рисунок 12 - Устройство для предпосевной обработки почвы (вид снизу)

Рисунок 13 - Схема работы агрегата

Рисунок 14 - Схема работы агрегата

При рассмотрении факторов влияющих на производительность и качество обработки учитывалось их расположение в пространстве относительно друг друга и их геометрические размеры.

Анализ непрерывных симметричных планов второго порядка показал, что максимальное значение определителя информационной матрицы достигается в том случае, когда моменты плана соответственно равны.

Для этого использовали ортогональный симметричный план (звездные точки которого равны 1) [13, 14]. Изучалось влияние двух факторов и фиксированы их значения на оптимальных уровнях.

На тяговое сопротивление рабочих органов культиватора влияет ширина лапы (диаметр) и задний угол (угол наклона лапы) ротационного рабочего органа. Факторы, интервалы и уровни варьирования представлены в таблице 1

Таблица - 1 Факторы, интервалы и уровни варьирования

х1 - кодированные обозначения диаметра лапы, которая имеет интервал варьирования от dmin=220мм до dmax=500мм, а за середину интервала принят диаметр d0=360мм;

х2 - кодированные обозначения заднего угла с интервалом варьирования от Qmin=3° до Rmax=17°, а за середину интервала принят уголQ0=10°.

Перевод действительных значений в кодированные значения осуществлён согласно формуле:

, (1)

где, Хi - значение действительного i-го фактора; Хi0 - значение i-го фактора в середине интервала; ?i - интервал варьирования.

Матрица планирования представлена в таблице 2. Опыты проводили согласно описанной выше методике. Порядок проведения опытов выполнялся согласно таблице случайных чисел. Средние величины параметров оптимизации представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента

В результате математической обработки экспериментальных данных определены коэффициенты, и получено следующее уравнение регрессии в каноническом виде:

(2)

где Y - величина тягового сопротивления рабочего органа, Н.

Уравнение регрессии в кодированном виде имеет вид

, (3)

где X0 = 702,81; X1 = 364,14; X2 = 45,766; X12 = 42,14; X11 = 274,4; X22 = 10,633 - коэффициенты уравнения регрессии в кодированном виде.

Коэффициенты в уравнении проверялись по критерию Стьюдента, а уравнение - по критерию Фишера. Дифференцируя уравнение, по каждой из переменных и приравнивая производные нулю, получаем систему линейных уравнений.

Уравнение регрессии в натуральных единицах измерениях

, (4)

где X0 = 1692; X1 = -7,909; X2 = -13,282; X12 = 0,043; X11 = 0,014; X22 = 0,217 - коэффициенты уравнения регрессии.

Решив полученную систему, находим координаты центра отклика: в кодированных значениях X1 = -0,58769; X2 = -0,98,752, что соответствует в действительных значениях X1 = 277,22, а X2 = 3,09.

Найденные значения подставляем в исходное уравнение (1) и находим значение параметра в центре поверхности отклика. Значение оптимальной величины тягового сопротивления рабочего органа Ys =630Н.

Для анализа факторов после канонического преобразования получаем уравнение:

Y-Ys =0,014х+0,217х, (5)

где Ys - оптимальная величина тягового сопротивления рабочего органа, Н.

Графики уравнения регрессии. Согласно уравнению (5) поверхность отклика тягового сопротивления рабочего органа от диаметра лапы (X1) и заднего угла (угла наклона лапы) Х2 (Qi), град., поверхность отклика в изолиниях и графики (рисунок 15) имеют следующие виды.

Рисунок 15 - Поверхности зависимости тягового сопротивления от диаметра лапы и угла наклона лапы: а - поверхности отклика; б - двухмерное сечение; в - графики

При фиксированном значении технологического параметра X1 или конструктивного параметра X2 (находящихся в центре плана) величина тягового сопротивления рабочего органа Y определяемая из уравнения (5) максимальна и равна 630Н, а для диаметров лап d1=220мм, d2=500мм или угла наклона лапы Q1=3°, Q2=17° величины (Y) равны соответственно 637, 665 и 632, 693Н (рисунок 16).

Рисунок 16 - Зависимость тягового сопротивления рабочего органа от d i и Qj: а - при фиксированном параметре X2; б - при фиксированном параметре X1

Выводы. Проведены поисковые исследования и разработано конструктивно-технологическое средство для механизированных процессов предпосевной почвообработки.

Применение данного средства обеспечит высокое качество предпосевной обработки почвы благодаря полному срезанию корневищ сорных растений.

Список литературы

1. Дробот, В.А. Горизонтальный дисковый рабочий орган [Текст] / Е.И. Трубилин, В.А. Дробот, А.С. Брусенцов // Сельский механизатор. - 2014. - № 11. - С. 22-23.

2. Дробот, В.А. Параметры процесса обработки почвы горизонтально расположенными дисковыми рабочими органами [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / Дробот Виктор Александрович. - Краснодар, 2016. - 215 с.

3. Дробот, В.А. Параметры процесса обработки почвы горизонтально расположенными дисковыми рабочими органами: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / Дробот Виктор Александрович. - Краснодар, 2016. - 18 с.

4. Дробот, В.А. Параметры процесса обработки почвы горизонтально расположенными дисковыми рабочими органами [Текст]: монография / В.А. Дробот, Е.И. Трубилин, Г.Г. Маслов. - Краснодар: Кубанский ГАУ, 2016. - 167 с.

5. Дробот, В.А. Повышение качества обработки почвы горизонтально расположенными дисковыми рабочими органами [текст] / В.А. Дробот, Е.И. Трубилин // В сборнике: Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК Сборник научных статей XII Международной научно-практической конференции, в рамках XVIII Международной агропромышленной выставки "Агроуниверсал - 2016". - 2016. - С. 108-114.

6. Дробот, В.А. Результаты оценки тяговых сопротивлений почвообрабатывающего рабочего органа с зарубежными аналогами и новая полевая установка для динамометрирования.

7. Оськин, С.В. Имитационное моделирование при формировании эффективных комплексов почвообрабатывающих агрегатов - еще один шаг к точному земледелию: монография / С.В. Оськин, Б.Ф. Тарасенко. -Краснодар: КубГАУ, 2014. - 287 с.

8. Оськин, С.В. Имитационное моделирование при анализе эффективности почвообрабатывающих агрегатов. / С.В. Оськин, Б.Ф. Тарасенко, В.Н. Плешаков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. - № 102 (08). - С. 1025 - 1050 с.

9. Оськин, С.В. Эффективные комплексы почвообрабатывающих агрегатов / С.В. Оськин, Б.Ф. Тарасенко: монография / - Краснодар: Куб ГАУ, Типография ООО «Крон», 2016 г, -381 с.

10. Патент РФ №2404558, МПК A01B35/00. Устройство для безотвальной обработки почвы / Б.Ф. Тарасенко, А.Н. Медовник, А.С. Орлов и др.; патентообладатель ФГБОУ ВПО КубГАУ; опубл. 27.11.2010, БИ №33.

11. Патент РФ №2468558, МПК А01В35/20 А01В39/20. Устройство для безотвальной обработки почвы / Б.Ф. Тарасенко, В.В. Цыбулевский, С.А. Моргунов; патентообладатель ФГБОУ ВПО КубГАУ; опубл. 10.12.2012.

12. Тарасенко, Б.Ф. Комплексный подход к технологии производства зерновых колосовых культур / Б.Ф. Тарасенко, С.В. Оськин // Политематический сетевой элек- тронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. - № 87. - С. 123 - 137 с.

13. Тарасенко, Б.Ф. Конструктивно-технологические решения энергосберегающего комплекса машин для предупреждения де градации почв в Краснодарском крае: монография / Б.Ф. Тарасенко; КубГАУ - Краснодар, 2012. - 280 с.

14. Тарасенко, Б.Ф. Формирование ресурсосберегающих комплексов агрегатов для обработки почвы на основе имитационного моделирования в условиях степной зоны северного Кавказа: дис. … д-ра т.-х. наук /. Б. Ф. Тарасенко. - Краснодар, 2015. - 370 с.

15. Патент РФ №2619456, МПК A01B 35/28, A01B 33/06, A01B 61/04, A01B 39/18. Устройство для предпосевной обработки почвы / Б.Ф. Тарасенко, С.В. Оськин, В.А. Дробот и др.

Размещено на Allbest.ru