Обоснование параметров универсального модульно-блочного орудия для поверхностной обработки почвы в нижнем Поволжье Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

УДК 631.3.07

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОГО МОДУЛЬНО-БЛОЧНОГО ОРУДИЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

BASING PARAMETERS UNIVERSAL MODULAR-BLOCK IMPLEMENT FOR GROUND SURFACE PROCESSING INLOWER-VOLGA REGION

Г.Н. Ивко

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

G.I. Ivko

FSEIНРЕ Volgograd State Agricultural Academy

Рассмотрены особенности подготовки почвы в почвенно-климатических зонах Нижнего Поволжья, теоретически обоснованны параметрымодулей и блоков рабочих органов и результаты испытаний модульно-блочного орудия на летней обработке паров.

There is viewing features preparation ground in soil -climatic zones in Lower-Volga region, theoretically well-founded parameters for modules and blocks labours bodies and results of tests modular-block implement on summer processing fallows

Получение стабильных урожаев в острозасушливой зоне Нижнего Поволжья определяется накоплением и сохранением влаги в почве и особенно в паровых полях. В Волгоградской области расположены семь почвенноклиматических зон, в которых обработка почвы в осенний период имеет свои

специфические условия в зависимости от механического состава и влажности. Экономические показатели затрат на подготовку почвы при этом имеют основное значение. Многие сельскохозяйственные предприятия отказались от обработки почвы с оборотом пласта и перешли на поверхностную с глубиной обработки до 0,18 м, применяя различные почвообрабатывающие орудия, в том числе и комбинированные. Так, в северо-западных районах области начали широко использовать тяжелые дисковые бороны, которые разделывают верхний слой почвы на глубину до 0,18 м, обеспечивая хорошее мульчирование пожнивными остатками и измельченной соломой. В более южных районах применяют комбинированные агрегаты типа АПК как для осенней, так и для весенней обработки почвы, которые обеспечивают удовлетворительное качество обработки, но образуют уплотненное ложе ниже глубины обработки. В Заволжье после уборочного лущения поздней осенью применяют мелкую плоскорезную обработку до 0,16м. с последующей нарезкой разуплотняющих щелей с различным шагом на глубину до 0,35м. Для выполнения каждой операции применяется конкретное почвообрабатывающее орудие, которое используется один или два раза в год.

В весенне-летний период паровые поля подвергаются многократным механическим обработкам. При этом большой объем занимает мелкая (5-10см) обработка почвы, которая должна обеспечить требуемый механический состав верхнего слоя, уничтожение сорняков, хорошую выровненность поверхности поля. Существующие орудия и их рабочие органы интенсивно крошат и перемешивают почву, плохо копируют рельеф поля, неустойчиво выдерживают мелкую глубину обработки в летний период. Это обусловливает необходимость совершенствования и изыскания новых рабочих органов и схем орудий для выполнения всех технологических операций поверхностной обработки почвы.

Нами исследовано влияние параметров рабочих органов на испарение влаги, степень уничтожения сорняков, устойчивость хода на малой глубине и энергетические показатели работы. Выявлено, что в условиях Нижнего Поволжья наиболее эффективны для летней обработки паров плоскорежущие лапы со смещенными крыльями (Патент №1701129, 1993г.), которые успешно работают на глубине 0,05-0,06 м Их тяговое сопротивление почти в два раза меньше по сравнению с универсальными стрельчатыми лапами. Влажность верхнего слоя (0-0,03м) повышается после обработки на 5%, в то время как после прохода универсальных стрельчатых лап - на 25% [1].

Для уменьшения поверхностного испарения влаги из почвы ее рекомендуют мульчировать и прикатывать, что снижает ее скважность, «вентиляцию» и повышает устойчивость к ветровой эрозии [2]. Также целесообразно проводить первую культивацию одновременно с выравниванием поверхности поля, что в дальнейшем обеспечит лучшее копирование рельефа и устойчивость глубины обработки. Наиболее перспективным является использование модульно-блочного принципа построения орудия, что существенно повысит эффективность многооперационных технологий [3]. При этом необходимо изыскать его рациональную схему, параметры блоков и модулей для конкретных условий агроландшафта и агротехнических требований к операции. Выравнивание и копирование рельефа поля зависят от продольной и поперечной базы модуля и блока, числа опорных колес, места установки рабочих органов на раме блока, схемы подвески блока к модулю, а также статистических характеристик поверхности поля и плотности почвы под опорными колесами.

Обоснование параметров блока с рыхлящими рабочими органами и выравнивающей плитой в продольном направлении проведено на основе статистического описания процесса через его возмущение, преобразование и реакцию. При этом функция преобразования (математическая модель) получена аналитическим способом с учетом кинематической схемы и геометрических параметров блока, статистической характеристики поля и функции, которые значимо влияют на изменение технологического процесса. Рельеф поверхности поля вдоль и поперек направления движения орудия описывается автокорреляционными функциями по координатам поверхности и дисперсией высоты неровностей на поле. Плотность почвы под опорными колесами учитывалась глубиной колеи, принятой независимой от высоты неровностей поверхности, изменение которой под передними колесами характеризовалось автокорреляционной функцией и дисперсией для конкретного поля. Под задним опорным колесом она считалась постоянной,

так как выровненный слой имеет постоянную плотность. При этом процесс рассматривали как случайный стационарный, обладающий эргодическим свойством, что справедливо для всего поля.

Текущая высота неровностей через шаг «1» с учетом автокорреляционной функции определяется по формуле:

Нг=Нг_^\1).

Подъем плиты над задним колесом зависит от высоты неровности под ним, образованной предыдущим проходом. Он складывается из геометрического подъема от переднего колеса и заднего, равного сумме зависимого и независимого от переднего. Рассмотрев движение по неровностям с шагом «1», определили дисперсию их высоты после прохода блока с учетом деформации почвы под передним колесом:

£>(й) = А2Б(Н){ 1 + Д[ 1 + р2 (/)]} + £2/)(й0{ 1 + Д[ 1 + (/)]}, (1)

где л - к : в =______________-_____ Д= ^1К^ к-1

-К)р(1) 1-(1 -ВД/); К(2 — К) ’ Ь ' °тношение расстояния

установки плиты от заднего колеса к базе блока орудия; р(1) - значение автокорреляционной функции текущих неровностей; 0(Н), Б (к) - дисперсии высоты неровностей до (Н) и после прохода (к) блока; 8(1) - значение автокорреляционной функции глубины колеи; И(ф -дисперсия глубины колеи под передним опорным колесом.

Таким образом, установлена функция преобразования, в которой дисперсия высоты полученной поверхности зависит от исходной неровности поля и глубины колеи, его статистических характеристик, а также геометрических параметров блока орудия. При жесткой установке рыхлящих рабочих органов на раме блока в допустимой близости от выравнивающей плиты среднеквадратическое отклонение глубины обработки будет стремиться к нулю на участках поля, где происходит взаимодействие с почвой и профилирование поверхности поля. Систематические неровности, период которых кратен базе Ь блока и расстоянию «1» установки плиты, практически не выравниваются. Они копируются рабочими органами блока [4]. Таким образом, по статистическим характеристикам поверхности поля и желаемой степени ее выравнивания можно подобрать приемлемые геометрические параметры блока в продольном направлении.

Для обоснования ширины захвата блока применен тот же подход, то есть случайный подъем «х» рамы почвой и колесом относительно среднего уровня поля вызовет изменение « А » средней глубины обработки. Дисперсия изменения « А » для одноопорного блока определяется по формуле:

1){А) = 21){х1\- р{1)]. (2)

где р(1) - значение корреляционной функции высот рельефа поля поперек направления движения орудия для расстояния «1» установки рабочего органа от опорного колеса.

Для блока, имеющего две степени свободы и опирающегося на два опорных колеса, аналогично имеем:

0(А) = 20(х)^-К + К2 +(К -\)р{1)-Кр{1 -Ь)-К{К -\)р{Ь) }. (3)

Расчет среднеквадратического отклонения глубины обработки рабочими органами блока проведен по статистическим характеристикам поля [5]. Условия работы агрегатов разделяются на три группы: легкие (сг(х) < 1,4 см

и <8л<4); средние (1,4 < сг(х) < 2,2см и 8 < со < \2м~1); тяжелые (сг(х)> 2,2см и со ср > 12л/ 1). Результаты расчетов без учета деформации

почвы под опорными колесами представлены на графиках (см. рисунок), где О обозначает середину ширины захвата блока. Для качественного выполнения технологической операции должно соблюдаться условие: <т(Д) < [<т(Д)].

Агротехнический допуск на глубину обработки 0,05-0,06м. ([о(Л] = 1-1,5см).

Анализ графиков показывает, что для легких условий работы на паровых полях ширина захвата двухопорного блока должна быть не более 1,5 м при базе Ь=1,1м. и длине консолей 0,2м. При этом максимальное среднеквадратическое отклонение от заданной глубины обработки не превышает 0,02м. Ширина захвата одноопорного блока для тех же условий должна быть в пределах 0,4-0,6м. Для средних условий работы максимальное среднеквадратическое отклонение составляет более 0,02м, что превышает требования агротехнического допуска.

Блочно-модульная схема орудия для поверхностной обработки почвы была реализована на базе лущильников ЛДГ-10 и ЛДГ-15 и испытана в хозяйствах «Тингутинский» и «Советская Россия» Волгоградской области. Были разработаны конструкции сменных блоков и их подвеска к модулям (тяговым брусьям) лущильника, развернутых фронтально. Ширина захвата блока равна 1,53м, общая орудий - 12 и 18м соответственно для ЛДГ-10 и ЛДГ-15, которые агрегатировались с тракторами ДГ-75М и Т-150К или К-700.

(’реднеккилратичесюое откпоненпе от Средней гтуш-гны обработки по ширине

захвати блока; 1.2 - для одноопорного блока; 3,4 - для двухопорного блока;

(—— дпя т.*) -1,4™; — — дпч ^.т) = ?„2гч |

Испытаниями установлено, что на выровненных полях при летней обработке паров плоскорежущими лапами со смещенными крыльями на глубину 0,06м их производительность составила 9-10 га/ч на рабочих скоростях 8-9 км/ч. Среднеквадратическое отклонение глубины обработки

0.008.0,01м.; коэффициент вспушенности почвы - 1,2; гребнистость поля после обработки - 0,013-0,02м [6].

Таким образом, изложенный метод получения передаточной функции почвообрабатывающего блока или орудия через его кинематическую схему позволяет рассчитать оптимальные или допустимые значения геометрических параметров блока для конкретных характеристик поля и агротехнических требований на обработку и тем самым адаптировать его на качественное выполнение технологической операции.

Разработана принципиальная схема орудия, обоснованы параметры модулей и блоков рабочих органов для конкретных условий агроландшафта и агротехнических требований к операциям. Разработаны конструкции сменных блоков рабочих органов и их подвеска к модулям, которые позволят выполнить следующие технологические операции или их комбинации: боронование, выравнивание, предпосевная культивация, прикатывание, летняя культивация паров, лущение, плоскорезная обработка до 0,16м, комбинированная обработка, чизелевание и нарезка щелей. Предварительные расчеты показывают, что стоимость орудия с полным набором сменных блоков рабочих органов составит 700-800 тыс. руб, что в 2,5 раза дешевле стоимости всех необходимых орудий. Амортизационные отчисления уменьшатся почти в 4 раза, отчисления на ремонт и техническое обслуживание - также почти в 4 раза, а металлоемкость - в 1,7 раза. Применение такого орудия позволит подобрать оптимальный набор рабочих органов для конкретного поля, изменяя ширину захвата орудия, оптимально загрузить гусеничный трактор ВТ-150, ВТ-200, освоить минимизированную систему обработки мульчированных паров и тем самым повысить эффективность и устойчивость земледелия в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья.

Библиографичексий список

1. Ивко, Г.И. Повышение эффективности использования почвообрабатывающих машин в засушливых условиях Нижнего Поволжья / Г.И. Ивко, Ю.А. Колесников и др. //Сб.н.тр. ВСХИ. ВолгоградД991.

2. Краснощеков, Н.В. Проблемы создания влагосберегающей техники для засушливых регионов / Н.В.Краснощеков, А.П. Спирин // Техника в сельском хозяйстве. - 2000. - №1.

3. Бепамятнова, Н.М. Типоразмерные ряды сельхозмашин и орудий на унифицированной основе для обработки почвы и посева / Н.М. Бепамятнова // Сб.н.тр. ВНИПТПМЭСХ. - Зерноград,2000.

4. Лачуга, Ю.Ф. Теоретическая механика. / Ю.Ф. Лачуга, В.А. Ксендзов. -М.:Колос,2000.

5. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов / А.Б. Лурье. - М.: Колос, 1981.

6. Ивко, Г.И. Механизация летней обработки паров / Г.И. Ивко, Ю.А. Колесников. //Материалы Российской, науч.-практич. конф. - Ставрополь, 2001.