CC BY
9
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.372:629.114.2
Повышение эффективности машин предпосевной обработки почвы
А.Е. Слепенков, аспирант; С.Н. Кулинченко, аспирант; С.В. Щитов, д-р техн. наук, профессор; Е.Е. Кузнецов, д-р техн. наук, доцент ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ
В регионах страны, где в осенний период из-за позднего окончания уборочных работ, ранних заморозков и высокого снежного покрова невозможна подготовки полей под посев, весной приходится проводить почвообработку в крайне сжатые сроки. При этом, учитывая более высокую производительность бороновальных агрегатов в отличие от пахотных, наиболее часто применяется дискование и боронование. При обработке тяжёлых почв возникает необходимость использования балластных грузов для повышения глубины обработки и улучшения перемешивания почвы, что увеличивает массу сельскохозяйственного орудия. Для устранения данного недостатка предлагается устройство, перераспределяющее сцепной вес, позволяющее изменять весовую нагрузку бороны в зависимости от эксплуатационной необходимости. В статье представлены результаты исследования бороновального агрегата с установленным предлагаемым устройством оригинальной конструкции.
Ключевые слова: трактор, перераспределение, сцепной вес, дисковая борона, почва, качество обработки, эффективность.
В связи с тем что Амурская область по своим климатическим условиям относится к зонам рискованного земледелия, а основной сельскохозяйственной культурой является соя [1], вопрос проведения основной и предпосевной подготовки почвы под посев стоит особенно остро. Это связано с тем, что поздние сроки уборки сои не позволяют подготовить почву под посев осенью и данную работу проводят весной, одновременно с посевом [2, 3]. Вместе с тем необходимо отметить следующее, что период посевной кампании ограничен по времени из-за специфических природных условий Амурской области. При затягивании сроков проведения посева в это время начинается период выпадения большого количества осадков, что приводит к интенсивному таянию мерзлотного подпочвенного слоя, а это вызывает резкое снижение несущей способности почвы и невозможность использования технических и энергетических средств [4, 5].
Уборка же сои зачастую проходит при неблагоприятных условиях, связанных с обильным выпадением осадков, когда после прохода уборочной и специальной техники по полю остаётся глубокая колея с ярко выраженным почвенным уплотнением. В связи с этим при подготовке почвы под посев весной необходимо проводить выравнивание поверхности с помощью дисковых борон [2, 3]. Особенность работы дисковой бороны заключается в том, что она производит подготовку почвы под посев путём разрушения и перемешивания почвенных комков, поверхностных корок, способствует закрытию влаги с одновременным заделыванием растительных и пожнивных остатков в почву [6 - 8]. Вместе с тем неоднородность состояния почвы и повышенная влажность вызывают необходимость изменения глубины обработки за счёт использования балласта.
В предлагаемой работе рассматриваются условия и возможности изменения массы дисковой бороны с учётом исследований авторов [9 -11], при использовании для этой цели специально разработанного устройства [12], решающего поставленную задачу по изменению сцепного веса бороны.
В связи с вышеизложенным целью исследований стала проверка эффективности предлагаемой конструкции устройства и условий её применения. Для этого были проведены теоретическое и экспериментальное исследования с использованием известных методик [2, 3], результаты которых представлены в предлагаемой работе.
Материал и методы исследования. Экспериментальное исследование проводили в реальных производственных условиях эксплуатации рамных дисковых борон с использованием колёсного трактора типа МТЗ-80(82) и рамной бороны БДТ-3. При проведении производственных испытаний по определению влияния предложенного устройства на изменение веса, приходящегося на передний поперечный брус с установленными на нём парными дисковыми секциями, были разработаны частные методики, при этом за основу взяты методики по ГОСТу 7057 - 2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний». Результаты проведённого исследования и полученные результаты обрабатывались с помощью методов математической статистики с применением специализированных программ Mathcad и SigmaPlot у.11.0.
Предлагаемое устройство способно работать в двух режимах перераспределения веса конструкции бороны:
- догрузка переднего поперечного бруса бороны и рабочих секций;
- догрузка заднего поперечного бруса бороны и рабочих секций.
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
При использовании на тяжёлых почвах и при выравнивании неровностей почвы, вызванных воздействием на почву колёс уборочной и специальной техники, необходимо догружать передний брус с установленными на него дисками, что обеспечит необходимую глубину воздействия дисков на почву. Обеспечение дополнительного воздействия на передний брус дисковой бороны обеспечивалось за счёт перераспределения веса между энергетическим средством и самой бороной. В этом случае отпадает необходимость использования дополнительного балласта, что очень удобно и рационально, так как в случае необходимости предлагаемое устройство позволяет корректировать вертикальную нагрузку, снижать или догружать конструкцию дисковой бороны.
Проведённое теоретическое исследование позволило определить дополнительную нагрузку, возникающую от перераспределения нагрузки на передний брус дисковый бороны (обозначено как силовая реакция у3):
1. Устройство не включено (находится в статичном состоянии относительно условий перераспределения сцепного веса).
Рассмотрим работу машинно-тракторного агрегата (МТА) с установленным регулятором сцепного веса бороновального агрегата (РСВБА) как составную конструкцию трактор + прицепное устройство + рама бороны при нейтральном положении. Рассмотрим силы, действующие на части составной конструкции агрегата (рис. 1).
Для наглядности и удобства анализа все действующие силы на МТА с РСВБА покажем на отдельной схеме, представленной на рисунке 2.
По рисунку 2 G, Gn, Gб - вес трактора, прицепного устройства, рамы бороны соответственно, Н; Yl, Y2, Y3, Y4 - силовые вертикальные реакции поверхности в соответствующих точках, Н; Кс=Кс - силовая реакция внутренней связи
в точках С, Н; Хк= -Х^ и У^-У^ - силовые реакции шарнира в точке К, Н; В - продольная колёсная база трактора, м; а - расстояние от центра тяжести трактора до задней опоры -движителя трактора, м; с - расстояние от задней опоры - движителя трактора до т. С, м; Ь - длина прицепного устройства, м; d - расстояние от центра тяжести прицепного устройства до шарнира К, м; р - расстояние от точек приложения
Рис. 1 - Силы, действующие на МТА с РСВБА в нейтральном положении
Рис. 2 - Схема к определению вертикальных силовых составляющих реакций, действующих на МТА с РСВБА в нейтральном положении
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
У (1)
вертикальных реакций поверхности на раму бороны, м; п - расстояние от шарнира К до точки 3 приложения вертикальной реакции поверхности на секцию и раму бороны, м; f - расстояние от центра тяжести бороны до точки приложения вертикальной реакции поверхности на секцию и раму бороны в точке 4, м; Ь - расстояние от поверхности почвы до навески, м.
Составим уравнения равновесия для частей составной конструкции.
Уравнение равновесия для трактора имеет вид:
2^=0 У^У^Ю IМ! (Бк) =0 -0(В-а)+У2В-1Мс (В+С)=0 I М2(Рк) = 0 -УхВ+Оа-^хСЮ.
Уравнение равновесия для прицепного устройства имеет вид:
1]Рку=0 М^+у^О
Емс(рк)=о -с^О-ф+у^о Емк(рк)=о -^ь+опс1=о.
Уравнение равновесия для рамы бороны имеет вид:
£рку=о у3-ук-об+у4=о
ЕМз(Рк)=0 Укп-Сб(Р-0+У4 Р=0 ЕМ4(Рк)=0 -У3-Р+Ук(Р-п)+ОбМ)
Решив систему уравнений (1), (2), (3), определим:
- силовую реакцию внутренней связи в точках С:
(4)
(2)
(3)
^С ь ;
- силовую реакцию шарнира в точке К:
Ук=Оп^Оп^Оп^; (5)
- силовые вертикальные реакции поверхности в соответствующих точках:
= Са-МсС_Са
в
"в ^ЬВ;
_ С(В-а) G,1•d^(B+C).
У2_ В _ В ВЬ ;
Ук(Р+п)+С6£ _ (Ь^^ О^
Р Ь Р Р ;
Уз=
(6)
(7)
(8) (9)
_ УкОЧ£)+Сб1:_ (Ь <3)(Р+п) , 06Г
у3-----———+ —
(10)
с - расстояние от задней опоры - движителя трактора до т. С, м; Ь - длина прицепного устройства, м; d - расстояние от центра тяжести прицепного устройства до шарнира К, м; р - расстояние от точек приложения вертикальных реакций поверхности на раму бороны, м;
п - расстояние от шарнира К до точки 3 приложения вертикальной реакции поверхности на секцию и раму бороны, м; f - расстояние от центра тяжести бороны до точки приложения вертикальной реакции поверхности на секцию и раму бороны в точке 4, м;
Ь - расстояние от поверхности почвы до навески, м;
Ьв, - высота поднятия навески трактора, м; F - усилие поднятия навески, Н. 2. Устройство включено (режим догружения переднего поперечного бруса бороны).
Для определения вертикальных составляющих сил, возникающих при работе регулятора сцепного веса в случае поднятия навески, рассмотрим схемы, представленные на рисунках 3 и 4. Составим уравнения равновесия. Для трактора: 5^=0 У^Уг-Н+Т'^тоИЭД
-0(В-а)+¥2В-Мс(В+С')-2Мх(Рк)=0 _Т'((ь+ьъ)СО8а+Т'((В+с>та=0 )■ (11)
ХМ2(Рк)=0 ^+Оа^-С,-Т'1(Ь+Ьв)со8а+ +Т(-С -зта=0
Для прицепного устройства: I М^Ю ^(в-^со^+Ук-всозуХ'к-Ь^О У (12)
£Мк(Рк)=0
= С6(р ^ Уп _ Р6(Р 0 С„(Ъ (1)'П
У4 р р ЬР .
Полученные математические выражения позволяют определить силовые реакции, возникающие в МТА с РСВБА в режиме, когда устройство не работает. В нашем случае нагрузка на переднюю балку дисковой бороны будет равна:
-№с всо^+Оп (1 сояу+Т^в сова+ +Т( вша-всозу+Тбв^в 'соэу—Т8созВ Ьв=0
В результате проведённого теоретического исследования аналогичным образом определили нагрузку, приходящуюся на передний брус бороны при работе предлагаемого устройства:
+Р
собс!
О^, Оп(В-ё)(п+Р)
ВР
+
1
\ созеЬв(п+Р) БтСа+е) зтЭ+соз^а/ ВсовуР
РсозбсоБс} Ь Г(С05е^+5т9(^) ..... р
+
(13)
Р ЬР Р
где G, Gn, Gб - вес трактора, прицепного устройства, рамы бороны, Н;
В - продольная колёсная база трактора, м; а - расстояние от центра тяжести трактора до задней опоры - движителя трактора, м;
зт(<1+е) Р зт8+со501§(1
Анализ формул (10) и (13) показывает, что установка в конструкцию МТА устройства предлагаемого типа позволяет в случае необходимости увеличивать вертикальную нагрузку на передний поперечный брус дисковой бороны.
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУдАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
Рис. 3 - Силы, действующие на МТА с РСВБА в режиме поднятия навески трактора
Рис. 4 - Схема к определению вертикальных силовых составляющих реакций, действующих на МТА с РСВБА при поднятии навески
Результаты исследования. Для подтверждения эмпирических и теоретических результатов было проведено экспериментальное исследование по влиянию изменения угла подъёма навески трактора (а) на глубину обработки (к), скоростные характеристики МТА (V) и ширину захвата бороны (Ь). В результате было получено
полиноминальное уравнение второй степени, отражающее глубину обработки (к) от действующих параметров, влияющих на догружение бороны: к = 13,36 + 0,85Ь + 0,39а -- 0,08Ьа - 0,522Ь2 - 0,003а2, (14) где а - угол подъёма, град.;
Ь - ширина захвата, м.
Рис. 5 - Графическая зависимость влияния угла поднятия навески на глубину заглубления бороны (при зафиксированной на нулевом уровне скорости МТА V = 7 км/ч)
технические науки
2JD 7,7 5,4 2,6 3,8 3.0
в, м
- z column
Рис. 6 - Сечение поверхности отклика к с выделением оптимума, в зависимости от факторов Ь и а (при зафиксированной на нулевом уровне V = 7 км/ч)
В целях наглядной визуализации взаимодействующих процессов построена графическая зависимость, представленная на рисунках 5 и 6.
Представленные результаты показывают, что при угле подъёма навески в 26 - 30 градусов достигается максимальная глубина обработки при скорости движения МТА 9 - 10 км/ч.
Вывод. В результате проведённого теоретического исследования установлено, что использование предложенного устройства позволяет проводить регулирование глубины обработки бороной без использования дополнительного балласта. Полученные результаты обработаны на основе методик критериальных признаков Гаусса, Стьюдента и Фишера, позволяют судить об адекватности математической модели и её применимости в производственных условиях.
Литература
1. Министерство сельского хозяйства Амурской области. Официальный сайт [Электронный ресурс]. URL: http://www.agroamur. ru.
2. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В., Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография. Благовещенск: ДальГАУ, 2017. 272 с.
3. Худовец В.И., Щитов С.В. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография. Благовещенск: ДальГАУ, 2013.153 с.
4. Shchitov S.V., Tikhonchuk P.V., Bumbar I.V., Krivuca Z.F., Samuilo V.V., Yakimenko A.V., Mitrokhina O.P.Increasing The Efficiency Of Use Of Wheeled Tractors With An Articulated Frame For Secondary Tillage // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments ISSN: 1024 - 1752. 41(2) 2018 P. 31 - 34 Website [Электронный ресурс]: URL: https://jmerd. org.my/Paper/2018%2C%20V0LUME%202%2C%20ISSUE%20 2/31 - 34.pdf.
5. Kislov A.A., Kislov A.F., Kuznetsov E.E., Babukhadiya K.R. The dependence of the performance of machine-tractor units from the effective power of engines // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control System, ISSN 1943 - 023X, Year: 2019, Volume 11, issue: 05-Special Issue, P. 150 - 157 [Электронный ресурс]: URL: http://jardcs.org/archivesview.php?volume=1&issue=12
6. Алдошин, Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 4. С. 26 - 27.
7. Беляев В.И., Вольнов В.В. Ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур в Алтайском крае. М. - Барнаул: Алт.ГАУ, 2010. 178 с.
8. Блохин В.Д., МоисеенкоА.А., Ступин В.М. Научные основы земледелия на Дальнем Востоке России. Владивосток: Даль-наука, 2011. 216 с.
9. Поликутина Е.С., Щитов С.В., Кузнецов Е.Е. Повышение производительности колёсных тракторов путём модернизации их ходовой системы // Техника и оборудование для села. 2015. № 6. С. 18 - 20.
10. Щитов С.В., Кузнецов Е.Е., Поликутина Е.С. Влияние перераспределения сцепного веса между мостами трактора на ширину захвата, буксование и производительность машинно-тракторного агрегата // АгроЭкоИнфо. 2017. № 1. [Электронный ресурс]: URL: http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/1/ st_106.doc.
11. Перераспределение сцепного веса в составе машинно-тракторного агрегата при проведении предпосевной обработки / С.В. Щитов [и др.] // Дальневосточный аграрный вестник. 2017. № 1 (41). С. 88 - 95.
12. Слепенков А.Е., Кузнецова О.А. Повышение эффективности машинно-тракторных агрегатов при поверхностной обработке почвы // Актуальные вопросы науки и техники. Вып. VI. Сборник научных трудов по итогам междунар. науч.-практич. конф. (11 апреля 2019 г.). Самара: 2019. С. 21 - 23. [Электронный ресурс]: URL: http://izron.ru/upload/iblock/faa/ sbornik_tekhnicheskie-nauki-g.-samara_-2019_szhatyy.pdf
Слепенков Александр Евгеньевич, аспирант
Кулинченко Сергей Николаевич, аспирант
Щитов Сергей Васильевич, доктор технических наук, профессор
Кузнецов Евгений Евгеньевич, доктор технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет»
Россия, 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected];
Improving the efficiency of machines for pre-sowing tillage
Slepenkov Alexander Evgenievich, postgraduate
Kulinchenko Sergey Nikolaevich, postgraduate
Shchitov Sergey Vasilievich, Doctor of Technical Sciences, Professor
Kuznetsov Evgeny Evgenievich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor
Far Eastern State Agrarian University
86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur Region, 675005, Russia
E-mail: [email protected]; [email protected]: [email protected]; [email protected]
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 4 (84)
In the regions of the country where it is impossible to prepare fields for sowing in the autumn due to the late end of harvesting, early frosts and high snow cover, in the spring it is necessary to carry out soil cultivation in an extremely short time. At the same time, given the higher productivity of harrowing units, in contrast to arable ones, disking and harrowing are most often used. When processing heavy soils, it becomes necessary to use ballast weights to increase the processing depth and improve soil mixing, which increases the weight of the agricultural implement. To eliminate this drawback, a device is proposed that redistributes the adhesion weight, which makes it possible to change the weight load of the harrow depending on the operational need. The article presents the results of the study of the harrow unit with the installed proposed device of the original design.
Key words: tractor, redistribution, coupling weight, disc harrow, soil, processing quality, efficiency -♦-
УДК 631.53:631.67
Эффективность сеялок с цифровым управлением дифференцированной нормой высева на полях с орошением круговыми дождевальными машинами (Фрегат, Reinke, BAUER, Valley и др.)
В.А. Милюткин1, д-р техн. наук, профессор; В.Э. Буксман2, доктор-инженер;
В.А. Шахов3, д-р техн. наук, профессор; А.В. Калашников4, руководитель отдела;
Дион Ахметх5, аспирант
1 ФГБОУ ВО Самарский ГАУ
2 «AMAZONEN-WERKE», г. Хасберген, Германия; АО «Евротехника», г. Самара, Россия
3 ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
4 ООО «AMAZONE», г. Подольск
5 ФГАОУ ВО РУДН
Для осуществления комплекса ирригационных мероприятий в сельском хозяйстве используют дождевальные машины. При поливе от 10 до 100 га и более наиболее эффективными с точки зрения удельных затрат и эффективности полива признаны дождевальные машины кругового действия. Существенной проблемой при поливе дождевальными машинами кругового действия являются неполивные зоны по углам участка. Проблема решается за счёт компьютерной автоматизации процесса дозирования посевного материала в процессе работы. Учитывая высокую стоимость семян, целесообразно норму высева на неполитых участках снижать, что решает дооборудованная сеялка Primera DMC. При этом модернизируется основной механизм дозирования семян сеялки: механический привод дозирующих катушек от приводного и опорных колёс сеялки с обеспечением одинакового вращения катушек и одинаковых норм высева каждым сошником заменяется на гидромеханический за счёт гидромотора. Он изменяет свои обороты по команде управляющих воздействий бортового компьютера, в который закладывается карта увлажнения с выделением поливных и неполивных зон почвы на поле и алгоритм изменения норм высева в зависимости от наличия влаги в почве. Дальнейшее совершенствование агротехнологий и прежде всего посева сельскохозяйственных культур возможно за счёт дифференцированного посева с цифровизацией процесса управления нормой высева и распределения семян с оснащением сеялок специальным оборудованием, в частности сервоприводом высевающих аппаратов и системой автоматического регулирования высевающих аппаратов сеялки. Это обеспечит снижение затрат на семена при обеспеченной высокой урожайности с созданием благоприятных условий при производстве сельхозпродукции с получением дополнительной прибыли.
Ключевые слова: орошение, посев, норма высева, дифференцированность, сеялка, эффективность.
Значительные территории сельхозугодий Российской Федерации располагаются в зонах недостаточного увлажнения, что значительно снижает урожайность и валовые сборы сельхозкультур. К тому же эксперты прогнозируют в ближайшем будущем глобальное потепление, что также потребует расширения мелиорируемых искусственным орошением земель. По статистике, почти половину всей сельскохозяйственной продукции собирают с орошаемых земель, так как орошение снижает температуру приземного слоя, увеличивает его влажность и улучшает снабжение корней растений влагой. В России площадь орошаемых земель составляет не более
10 %, в аграрно развитых странах эта цифра значительно выше.
Материал, методы и результаты исследования. Для осуществления комплекса ирригационных мероприятий в сельском хозяйстве используют дождевальные машины, которые предназначены для полива зерновых, кормовых, технических и овощных культур. В промышленных масштабах при поливе от 10 до 100 га и более наиболее эффективными с точки зрения удельных затрат и эффективности полива признаны во всём мире дождевальные машины кругового действия (рис. 1). Оросительную технику следует применять для проведения
