Комбинированный способ основной обработки почвы и сравнительная энергетическая оценка различных технологических процессов обработки почвы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В связи с высокими ценами на горюче-смазочные материалы остро встают вопросы снижения энергоёмкости технологических процессов обработки почвы. Решение этой задачи осуществляется по трём направлениям:

- повышение эффективности работы мобильных энергетических средств МТА;

- совершенствование конструкций рабочих машин и орудий;

- разработка принципиально новых технологий обработки почвы.

Плужная обработка почвы была и остаётся на ближайшую перспективу основным способом вспашки, на который затрачивается до 40% энергии, расходуемой в агропромышленном комплексе.

Однако обработка почв плугами сопровождается значительным их разворотом в сторону поля, что приводит к необоснованному увеличению рабочей ширины захвата, нарушению геометрии рабочих органов и снижению качества обработки почвы.

При этом тяговое сопротивление плугов существенно возрастает, полевые доски плужных корпусов оказываются излишне нагруженными, на их опорных поверхностях возникает значительная сила трения, для преодоления которой затрачивается до 17% общей величины тягового сопротивления плуга.

Поэтому разработка и создание почвообрабатывающих машин и орудий, снижающих энергоёмкость основной обработки почвы, в настоящее время является актуальными.

Наиболее полную структурную схему возможных путей и способов снижения энергоемкости обработки почвы разработал В.А. Сакун.

Анализ структурной схемы (рис. 1) возможных путей и конструктивных решений снижения энергоёмкости обработки почвы, предложенной им, показывает, что ни одно из направлений пока не получило широкого практического применения.

В структурную схему возможных путей и способов снижения энергоемкости обработки почвы, разработанной В.А. Сакун, сотрудниками АЧИИ включено технологическое звено: новые технологические принципы воздействия рабочих органов на почвенный пласт, выделенные пунктирной линией.

Это технологическое звено содержит несколько групп, и одно из них - послойная обработка почвы, которая может осуществляться различными способами, предусматривающими комбинацию различных рабочих органов в одном орудии.

Следует отметить, что наряду с конструктивными решениями возможны и технологические пути снижения энергоёмкости процесса основной обработки почвы. Один из таких способов - комбинированный, который заключается в сочетании и использовании технологических процессов отвального и безотвального способа воздействия на почвенный пласт.

На основе анализа применяемых в настоящее время технологических процессов послойной обработки почвы, предложен комбинированный способ обработки почвы (рис. 2) и разработано орудие с использованием леворежущих ножей, предназначенных в качестве основных рабочих органов для обработки нижних слоев почвы и работающих в сочетании с плужными корпусами.

Рисунок 1 - Структурная схема возможных путей и способов снижения энергоемкости обработки почвы, дополненная подгруппой послойной обработки почвы с использованием леворежущих ножей

Рисунок 2 - Взаимное расположение рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего орудия: 1 - плужный корпус; 2 - леворежущий нож

Предлагаемый прием включает две технологические операции, в которых реализован процесс воздействия на почву определенными рабочими органами в целях создания оптимальных условий для роста растений и физико-механических свойств почвы. Суть данного способа заключается в том, что в орудии реализована послойная обработка почвы, обеспечивающая отвальную мелкую (12…18 см) вспашку и безотвальную мелкую (12…18 см) обработку почвы с подрезанием и смещением нижнего пласта почвы в сторону дневной поверхности (открытый способ резания грунта). Предлагаемый способ обработки почвы полностью отвечает рекомендациям почетного академика ВАСХНИЛ Т.С. Мальцева: «Землю надо обрабатывать так, чтобы плодородный слой почвы оставался на своем месте. Надо научиться обработкой создавать в почве такие условия, чтобы росли и урожаи, и почвенное плодородие, чтобы почвы у нас не истощались, а обогащались за счет удобрений и за счет остатков растений. Достичь этого, на мой взгляд, было бы легче, если не перечить природе, не запахивать верхний слой почвы». Установка леворежущих ножей при осуществлении обработки почвы комбинированным орудием предназначена предотвращать разворот орудия в сторону увеличения ширины захвата, а, следовательно, сохранять требуемые геометрические параметры плужных корпусов для обеспечения необходимых показателей качества обработки почвы; препятствовать чрезмерному нагружению полевых досок плужных корпусов и появлению значительных сил трения, на преодоление которых затрачивается значительная часть энергии. Использование принципа послойной обработки позволит снизить энергоемкость процесса за счет уменьшения массы почвы, обрабатываемой плужным корпусом. Предлагаемый способ основной обработки почвы позволяет обеспечить сочетание преимуществ отвального и безотвального способов обработки почвы, получать стабильные высокие урожаи озимых культур на почвах с недостаточным увлажнением и существенно снизить энергоемкость процесса основной обработки почвы.

Известно, что плужной корпус, непосредственно взаимодействуя с почвенным пластом, не только подрезает, оборачивает и крошит его, но и поднимает пласт почвы над дном борозды и смещает его в поперечном направлении.

Как отмечал академик В.П. Горячкин, с технологической точки зрения, подъем пласта и его смещение бесполезны, а с энергетической даже вредны, так как требуют дополнительных затрат энергии.

Следовательно, об энергоемкости процесса обработки почвы можно судить по величине перемещения центра тяжести пласта почвы, как по вертикали, так и по горизонтали.

В таком случае, из сравниваемых способов обработки почвы менее энергоемким будет считаться тот, у которого перемещения центра тяжести пласта почвы будут минимальными.

Для оценки энергоемкости различных способов обработки произведён расчет величины перемещений центра тяжести пласта почвы. Сравнительная оценка проводилась для трех способов обработки почвы:

- вспашка почвы без предплужников (рис. 3);

- вспашка почвы с предплужниками у стенки борозды, характеризуемая как менее энергоемкая (рис. 4);

- предлагаемый комбинированной способ обработки почвы (рис. 5).

Рисунок 3 - Схема для определения е перемещения центра тяжести пласта почвы при вспашке без предплужников: - глубина обработки почвы, м.; - ширина захвата плужного корпуса, м.; с- центр тяжести пласта почвы, срезаемого плужным корпусом; R - радиус дуги, описываемой при перемещении центра тяжести срезаемого пласта почвы; L - траектория перемещения центра тяжести пласта почвы

Рисунок 4 - Схема для определения перемещение центра тяжести пласта почвы, срезаемого плужным корпусом при вспашке с предплужником у стенки борозды: - траектория перемещение центра тяжести пласта почвы плужного корпуса, м.; - глубина обработки почвы, м.; - глубина захвата плужного корпуса, м; - глубина хода предплужника, м.; - ширина захвата предплужника, м.; с - центр тяжести пласта почвы, срезаемого предплужником

Рисунок 5 - Схема для определение перемещения центра тяжести пласта почвы при комбинированном способе обработки: - глубина обработки почвы, м.; - глубина хода плужного корпуса, м; - ширина захвата плужного корпуса и леворежущего ножа, м.; с - центр тяжести пласта почвы, срезаемого плужным корпусом, R - радиус дуги, описываемой при перемещении центра тяжести срезаемого пласта почвы; L - траектория перемещения центра тяжести пласта почвы

Схема для определения величины перемещения центра тяжести пласта почвы, вырезаемого предплужником представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема для определения величины перемещения центра тяжести пласта почвы, вырезаемого предплужником: - радиусы перемещения центра тяжести пласта почвы соответственно от среза до укладки на дневную поверхность, м.

Величину перемещения центра тяжести пласта почвы у сравниваемых способов обработки почвы определим из выражения:

м

где - радиус перемещения центра тяжести пласта почвы из горизонтального до постановки его в вертикальное положение, м; - угол поворота центра тяжести пласта при его первом перемещении; - радиус перемещения центра тяжести пласта почвы при его укладке на дневную поверхность, м.; - угол поворота центра тяжести пласта почвы при его укладке на дневную поверхность.

Величину перемещения центра тяжести пласта почвы предплужника определяем выражением:

м

Для проведения необходимых расчетов задаемся изменением глубины обработки почвы для всех способов обработки: а = 0,22…0,3 м., для предплужника a1=1/2а; изменением ширины захвата плужных рабочих органов в диапазоне b = 0,3…0,45 м., для предплужника b1=2/3b.

Для проведения энергетической оценки сравниваемых способов обработки почвы воспользуемся выражением:

Вт

где - объем перемещаемой почвы, м/с.;

- ускорение свободного падения, м/с2;

- удельный вес почвы, кг/м3.

Объем перемещаемой в единицу времени почвы определяем выражением:

, м3/с

где - скорость перемещения орудия, м/с; a - глубина обработки почвы, м;b - ширина захвата рабочего органа, м.

Для выполнения необходимых расчетов принимаем:

= 2,2 м/с; = 9,81м/с2; = 1000 кг/м3.

Результаты расчетов величин перемещения центра тяжести пласта почвы при вспашке без предплужников приведены в таблице 1, затраты энергии на перемещение пласта почвы представлены на рисунке 7.

Таблица 1 - Величина перемещения центра тяжести пласта почвы при вспашке без предплужников, м

Рисунок 7 - Затраты энергии на перемещение пласта почвы при вспашке почвы без предплужников

Результаты расчетов величин перемещения центра тяжести пласта почвы при вспашке с предплужниками у стенки борозды приведены в таблице 2, энергетическая оценка приведена на рисунке 8.

Таблица 2 - Величина перемещения центра тяжести пласта почвы при вспашке с предплужниками у стенки борозды, м

Рисунок 8 - Затраты энергии на перемещение пласта почвы при вспашке с предплужниками у стенки борозды

почвообрабатывающий предплужник энергоемкость леворежущий

Результаты расчетов величины смещения центра тяжести пласта почвы комбинированного орудия приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Суммарное перемещение центра тяжести пласта почвы плужного корпуса комбинированного орудия, м.

Затраты энергии на перемещение пласта почвы при комбинированном способе обработки почвы представлены на рисунке 9.

Рисунок 9 - Затраты энергии на перемещение пласта почвы при комбинированном способе обработки почвы

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. Разворот почвообрабатывающих орудий в сторону увеличения ширины захвата сопровождается увеличением ширины захвата рабочих органов и возрастанию величины перемещения центра тяжести пласта почвы в исследуемом диапазоне 0,22…0,3 м глубин обработки почвы.

2. У первых двух способов вспашки изменение суммарной величины перемещения центра тяжести пласта почвы колеблется в пределах 0,43…0,67 м, у комбинированного орудия аналогичный показатель составляет 0,37…0,55 м.

3. Из сравниваемых способов наименьшая энергоемкость процесса обработки почвы у комбинированного способа обработки почвы.

4. Мощность, затрачиваемая на перемещение центра тяжести обрабатываемого пласта почвы на разных глубинах обработки, для первых двух способов изменяется в пределах 0,6…2,0 кВт. Для комбинированного способа обработки почвы аналогичный показатель энергоемкости составляет 0,3…0,9 кВт.

Следовательно, для обработки почвы при возделывании зерновых колосовых культур в сельскохозяйственных предприятиях ЮФО можно рекомендовать предложенный комбинированный способ обработки почвы, как менее энергоемкий и сочетающий преимущества отвального и безотвального способов обработки почвы.

Размещено на Allbest.ru