CC BY
55
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
1
УДК 631.319
АГРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМБИНИРОВАННОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА С АКТИВНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
Эркенов Анзор Назирович инженер
Аушев Магамет Хусеинович инженер
Шекихачев Юрий Ахметханович д.т.н., профессор
Хажметов Лиуан Мухажевич д.т.н., профессор
Хамоков Хажсет Аскерханович д.с.-х.н., профессор
Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М.Кокова, Нальчик, Россия
В статье изложены агротехнические требования к предпосевной обработке почвы. Приведены методика и результаты экспериментальных исследований комбинированного пахотного агрегата с рабочим органом активного действия. Обоснованы параметры и режимы работы агрегата, обеспечивающие качество крошения почвы, удовлетворяющее агротехническим требованиям
Ключевые слова: АГРЕГАТ, ПОЧВА, ОБРАБОТКА, КРОШЕНИЕ ПОЧВЫ, ОПТИМИЗАЦИЯ
UDC 631.319
AGROTECHNICAL EFFICIENCY OF THE COMBINED ARABLE UNIT WITH ACTIVE WORKING BODY
Erkenov Anzor Nazirovich engineer
Aushev Magamet Huseinovich engineer
Shekihachev Yury Ahmethanovich Dr.Sci.Tech., professor
Hazhmetov Liuan Muhazhevich Dr.Sci.Tech., professor
Hamokov Hazhset Askerhanovich Dr.Sci.Agr., professor
Kabardino-Balkarian state agricultural academy of V.M.Kokov, Nalchik, Russia
In the article, agrotechnical requirements to preseeding processing of soil are stated. The technique and results of experimental researches of the combined arable unit with working body of active action are resulted. Parameters and the operating modes of the unit providing quality of crushing of soil, meeting agrotechnical requirements are proved
Keywords: UNIT, SOIL, PROCESSING, SOILS KROSHENIE, OPTIMIZATION
Предпосевная обработка почв является финишной и наиболее ответственной, так как она создает условия для прорастания и дальнейшего развития растений. Предпосевной обработкой почвы земледелец придает ей такие свойства, которые позволяют добиться наиболее оптимального сочетания необходимых для нормального развития растения факторов -воды, кислорода, тепла.
Эти свойства определяются следующими агротехническими требованиями [1]:
- структура почвы должна быть мелкокомковатой с преобладанием комков диаметром 1.. .10 мм, комков от 1 до 25 мм должно быть не менее 80%;
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
2
- плотность почвы ниже семенного ложа не должна превышать
3 3
1,1.. .1,3 г/ см , а слоя почвы над семенами 0,9.. .1 г/см ;
- поверхность поля и семенного ложа должна быть выровненной, высота гребней не должна превышать 3.4 см;
- семенное ложе должно быть расположено на глубине заделки семян.
Многочисленными агрономическими исследованиями установлено, что наилучшее сочетание названных факторов достигается при расположении семян на границе двух слоев - плотного и рыхлого, толщина которого равна глубине заделки семян (2.4 см). В этом случае семя снабжается водой, которая поступает из глубины по капиллярам, а через верхний слой почвы - кислородом и теплом. При этом из почвы свободно удаляется углекислый газ.
Такое идеальное семенное ложе можно сформировать, если предпосевная обработка полностью осевшей почвы после вспашки проводилась на глубину заделки семян 2.4 см. Однако реально в производственных условиях почва обрабатывается значительно глубже - на 8.10 см и более, что является следствием ряда негативных производственных факторов: свежевспаханное поле под озимые, неровная пахота, глубокая колея от колес агрегатов при внесении удобрений, неструктурные самоуплотняющиеся почвы и другие. В этих условиях семенное ложе формируется путем подуплотнения той части взрыхленного слоя почвы, которая расположена ниже глубины заделки семян. Это позволяет в ближайшие дни после посева восстановить разрушенные капиллярные связи и обеспечить подъем влаги к семенам в любую засушливую погоду.
Таким образом, чтобы сформировать посевной слой в соответствии с агротехническими требованиями, необходимо выполнить рыхление, крошение, выравнивание и подуплотнение посевного слоя почвы. Традиционно это достигается культивацией с боронованием в два-три следа, вы-
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
3
равниванием (например, с помощью длиннобазовых ковшовых планировщиков П-5,ПА-3, Д-719) и прикатыванием катками (например: КПС-4 + БЗС-1; ЗККШ-6) за 3-4 прохода агрегатов по полю, что ведет к повышенным затратам топлива, живого труда и металла, а также к переуплотнению пахотных и подпахотных слоев почвы.
Меры, принимаемые для предотвращения этого явления, затрагивают многие аспекты: улучшение технологии возделывания плодовых
культур, применение средств, повышающих способность почвы противостоять уплотняющим нагрузкам, конструкторские разработки, направленные на совершенствование ходовых систем машин, использование комбинированных агрегатов для уменьшения числа проходов сельскохозяйственных агрегатов по обрабатываемой почве и др. [2.. .4].
В целях решения проблемы переуплотнения почв, создания благоприятных условий для роста и развития растений, снижения энергоемкости возделывания сельскохозяйственных культур в ФГБОУ ВПО «КабардиноБалкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» разработан комбинированный пахотный агрегат с ротационным рабочим органом активного действия (РРОАД) (рис. 1).
Для оценки агротехнической эффективности разработанного комбинированного пахотного агрегата с РРОАД были проведены экспериментальные исследования в ФГУП Племсовхоз «Кенже» КБР в соответствии с ОСТ 10 1.1-98, ОСТ 10 4.2-2001 и ОСТ 70.4.2-80.
На основании анализа априорной информации теоретических исследований установлено, что определяющей характеристикой процесса предпосевной обработки почвы являются качество крошения (количество частиц почвы размером 1.25 мм в верхнем (посевном) слое).
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
4
Рисунок 1 - Опытный образец комбинированного пахотного агрегата с РРОАД
Качество крошения почвы определялось по стандартной методике, согласно СТО АИСТ 4.2-2004 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей» и СТО АИСТ 10 4.6-2003 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины почвообрабатывающие. Показатели назначения. Общие требования».
Оценка качества крошения почвы включала отбор образцов почвы из центра разрыхленной полосы на глубину рыхления с площади 0,25x0,25 м. Оценку качества крошения определяли исходя из процентного содержания по весу почвенных агрегатов различного размера. Вес пробы составлял не менее 2 кг.
Анализ показал, что наибольшее влияние на качество крошения и тяговое сопротивление агрегата оказывают скорость передвижения агрегата, угловая скорость вращения барабана РРОАД и угол атаки РРОАД (табл. 1).
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
5
Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования
Факторы Скорость передвижения агрегата, км/ч Х1 Угловая скорость вращения барабана РРОАД, с-1 Х2 Угол атаки РРОАД, град Х3
Кодированное значение фактора (безразмерное) -1 0 +1 -1 0 +1 -1 0 +1
Значение фактора 6,35 7,05 7,75 20 25 30 15 20 25
После проведения опытов по рандомизированной схеме получена табл. 2, в которОй имеются все данные для статистического анализа результатов экспериментальных исследований. Для обработки результатов экспериментальных исследований была составлена программа для ЭВМ.
Таблица 2 - Результаты реализации матрицы планирования (критерий оптимизации - качество крошения ККР, %)
i Фактор Отклик
X1 X2 X3 У1 У 2 У3 Уср
1 1 1 0 68,6 68,3 68 68,3
2 1 -1 0 68,9 70,2 68,6 69,23
3 -1 1 0 79,3 76,7 78 78
4 -1 -1 0 75,4 75,4 74,1 74,97
5 0 0 0 85,8 84,5 87,1 85,8
6 1 0 1 70,2 72,8 71,5 71,5
7 1 0 -1 63,7 59,8 61,1 61,53
8 -1 0 1 79,3 78 79 78,77
9 -1 0 -1 70,2 68,9 71,5 70,2
10 0 0 0 85,8 83,2 87,1 85,37
11 0 1 1 79,6 76,7 78 78,1
12 0 1 -1 68,9 67,6 68,9 68,47
1 0 -1 1 79,3 76,7 78 78
14 0 -1 -1 67,6 66,3 66,3 66,73
15 0 0 0 84,5 85,8 84,5 84,93
Значения коэффициентов регрессии приведены в табл. 3.
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
6
Таблица 3 - Значения коэффициентов регрессии
Расчетная формула Значение
bo = a,IКо, -аI(Х,2, + Х\, + Х3 )•¥_, u=1 u=1 85,3667
N b, = аз IВД, / N, U =1 -3,9225
N b = a-31X2uVuo, /N, U =1 0,4925
N Ьз = a3 IX,u¥uo„ / N, U=1 4,93
N b12 = a4 I X1uX2u¥ucp , u =1 -0,99
N b13 = a4 I X1uX3u¥ucp , u =1 0,35
N b23 = a41X2 X3 ¥ , 23 4 2u 3u ucp u =1 -0,41
N N N b„ = a51X2u¥ucp + a61 (x.; + X,i + Xl )• ¥up -a71¥ucp , u =1 u =1 u =1 -7,5334
N N , , N bv = a51X2u¥ucp + a61 (X+ X2 + X ’ ) • ¥, - «71 ¥,,cp , u =1 u =1 u =1 -5,2084
N N , , N b33 = a5I XL ¥ucp + a61 (X 1u + Xl, + X2) • ¥ucp - ch I ¥„ . u =1 u =1 u =1 -7,3334
Оценка однородности дисперсии производилась по критерию Кох-рена (табл. 4).
Таблица 4 - Результаты расчетов проверки однородности дисперсий
Критерий оптимизации Значение критерия Кохрена
расчетное 0РАСЧ табличное 0ТАБЛ
Ккр 0,1794 0,2758
Как видно из табл. 4, расчетное значение критерия Кохрена меньше табличного (критического значения). Следовательно, гипотеза об однородности дисперсий подтверждается при 5% уровне значимости.
Математическая модель в безразмерном виде будет иметь вид:
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
7
YdnK — 85,3667-3,9225А1 + 0,4925X2 + 4,93X3 -0,99X1X2 + 0,35X1X3 -0,41X2X3 -7,5334X1 -5,2084X2 -7,3334X32.
(1)
Адекватность полученной модели проверяли по F - критерию Фишера (табл. 5). Из табл. 5 видно, что полученная модель адекватна.
Таблица 5 - Результаты расчетов проверки адекватности аппроксимирую_______________щего полинома поверхностям отклика____________
Параметр оптимизации Дисперсия адекватности Dad(y) Значение критерия Фишера
расчетное F^ табличное F^
Ккр 0,4093 2,163 2,3593
Для определения значений точек поверхности отклика в промежуточных точках факторного пространства следует перейти к реальным координатам этого пространства. Для этого использовали формулы перехода от кодированных координат к реальным:
Х i
Vn - 7,05 „ w - 25 _уБ - 25
Х о — -------
0,7
, Х2 — ^
> ^ 3
5
5
Подставив в уравнение (1) значения Х1, Х2, Х3, после несложных преобразований получим математическую модель в натуральном виде:
РУД — 685346-132,4 V -6,271ШБ -9,7182g + 0,047 Vnw + 0,2143%g -0,0317wg + (2)
+ 8,968V + 0,1309^ + 0,174 g
где Vn - скорость передвижения агрегата, км/ч;
(0Б - угловая скорость вращения барабана РРОАД, с-1; уБ - угол атаки РРОАД , град.
Из (2) определяем оптимальные значения режимных параметров комбинированного почвообрабатывающего агрегата с РРОАД: скорость передвижения агрегата 6,9...7,0 км/ч, угловая скорость вращения барабана РРОАД 25,2.25,3 с-1 и угол атаки РРОАД 25,9...26,60. При этом качество крошения ККР составляет 86,7%, что удовлетворяет агротехническим требованиям.
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
8
Наглядно зависимость критериев оптимизации от исследуемых параметров можно оценить по графикам, построенным согласно уравнений, найденных из уравнения (1) (рис. 2...4):
Y(X1 ) = 86,1979 - 3,866X1 - 7,3334X? f (3)
Y(X2) = 86,6758 + 0,1039X2 - 5,2084X22, (4)
Y(X3) = 85,9032 + 4,7833X3 - 7,3334X32. (5)
Анализ графиков, приведенных на рисунках 2.4, показывает, что наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает угол атаки РРО-АД.
100
50—
-0,5 0 0,5
Скорость передвижения агрегата
Рисунок 2 - Зависимость качества крошения от скорости передвижения агрегата.
-1 -0,5 0 0,5 1
Угловая скорость вращения барабана РРОАД
Рисунок 3 - Зависимость качества крошения от угловой скорости вращения бараба-
Угол атаки РРОАД
Рисунок 4 - Зависимость качества крошения от угла атаки РРОАД .
-1
0,5
0
0,5
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
9
Зависимость критерия оптимизации от попарного влияния исследуемых параметров можно представить с помощью линий равного уровня, получаемых из уравнения нелинейной множественной регрессии. Искомые уравнения имеют вид:
Y - 86,7 = -6,466Х2 - 5,391X1,
Y - 86,7 = -7,624Х( - 7,473Х2,
Y - 86,7 = -6,47 LY2 - 6,49IX2.
(9)
(10)
(П)
С использованием компьютерной программы Mathcad 2000 Professional и полученных данных построены линии равного уровня изменения качества крошения от основных факторов (рис. 5... 7).
Рисунок 5 - Зависимость качества крошения от скорости передвижения агрегата (Xj) и угловой скорости вращения барабана РРОАД (2G).
Рисунок 6 - Зависимость качества крошения от скорости передвижения агрегата (Xj) и
угла атаки РРОАД (Хз).
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
Научный журнал КубГАУ, №76(02), 2012 года
10
Рисунок 7 - Зависимость качества крошения от угловой скорости вращения барабана
РРОАД (Х2) и угла атаки РРОАД (Х3).
Список использованной литературы
1. Заленский, В. А. Обработка почвы и плодородие / В. А. Заленский, Я.У. Яроцкий.- Мн.: Беларусь, 2004.- 542 с.
2. Русанов, В.А. Проблема воздействия движителей на почву и эффективное направление ее решения / В. А. Русанов, Н.М. Антышев, В.П. Кузнецов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1994. - №5. - С. 36-38.
3. Ляско, М.И. Высокогорные районы - уплотнение почв под воздействием ходовых систем тракторов / М.И. Ляско, А.М. Есоян // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1991. - №11. - С. 10-12.
4. Бондарев, А.Г. Переуплотнение почв сельскохозяйственной техникой: прогноз явления и процессы разуплотнения почвы / А.Г. Бондарев, И.В. Кузнецова, П.М. Сапожников // Почвоведение. -1990. - №4. - С. 58-64.
http://ej.kubagro.ru/2012/02/pdf/89.pdf
