Исследование процесса работы экспериментального культиватора для сплошной обработки почвы

Research of the process of the cultivator for continuous tillage


УДК 631.3

25.04.2018
 325

Выходные сведения:
Сыромятников Ю.Н. Исследование процесса работы экспериментального культиватора для сплошной обработки почвы // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2018. №4 (28). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/issledovanie-protsessa-raboty-ekspe/

Авторы:
Сыромятников Ю.Н.
аспирант кафедры "оптимизации технологических систем им. Т.П. Евсюкова"
Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П.М. Василенко
61050, Украина, Харьковская область, г. Харьков, пр. Московский, 45
e.mail: gara176@meta.ua

Authors:
Syromyatnikov Yu.N. postgraduate of the department "optimization of technological systems named after T.P. Evsyukov" Kharkiv National Technical University of Agriculture. P.M. Vasilenko 61050, Ukraine, Kharkiv region, Kharkov, Moskovsky Ave., 45 e.mail: gara176@meta.ua

Ключевые слова:
культиватор, один проход, рама, обработка, механизм, шарнирное соединение, блокиратор, тяговое сопротивление, трактор, исследование

Keyword:
cultivator, single pass, frame, machining, mechanism, swivel joint, blocker, traction resistance, tractor, research

Аннотация: 
Прогрессивным направлением в развитии средств механизации для предпосевной обработки почвы является применение почвообрабатывающих машин или агрегатов с комбинированными рабочими органами, позволяющих, в одном технологическом процессе совмещать выполнение нескольких операций. Предметом исследования являются энергетические показатели работы агрегата с комбинированными рабочими органами. Объектом исследования является культиватор ОКП-7Н (орудие комбинированное почвообрабатывающее «Предтеча») предназначенный для предпосевной и других видов обработки на глубину от 3 до 15 см. При выполнении работы использовали экспериментальные исследования с использованием взаимодействия рабочих органов с почвой. Актуальность состоит в том, что при разблокировке навесного устройства культиватора с механизмом слежения и колебательной стойкой создаются условия копирования рельефа поля и уменьшение тягового сопротивления культиватора. Шарнирное соединение навески культиватора (без блокиратора) обеспечивает продольное копирования поверхности поля отдельно трактора, и отдельно культиватора, как следствие, уменьшается тяговое сопротивление культиватора на 8 ... 10%, скорость движения агрегата повышается на 31%, при работе трактора в режиме номинальной нагрузки. Целевая группа потребителей информации в статье – конструкторы, специалисты занимающиеся разработкой почвообрабатывающих машин .

Annotation: 
Progressive direction in the development of means of mechanization for presowing soil cultivation is the use of soil-cultivating machines or aggregates with combined working organs, which, in one technological process, combine the performance of several operations. The subject of the study is the energy performance of the unit with combined working bodies. The object of the research is the cultivator OKP-7N (the combined tillage tool "Predtecha") intended for preseeding and other types of treatment to a depth of 3 to 15 cm. In the performance of the work, experimental studies using the interaction of working organs with soil were used. The topicality is that when unlocking a cultivator attachment with a tracking mechanism and an oscillatory rack, conditions are created for copying the field relief and reducing the traction resistance of the cultivator. The articulated linkage of the cultivator attachment (without the blocker) ensures longitudinal copying of the field surface by a separate tractor, and separately the cultivator, as a result, the traction resistance of the cultivator is reduced by 8 ... 10%, the speed of the machine is increased by 31%, when the tractor is operating in the rated load mode . The target group of consumers of information in the article are designers, specialists engaged in the development of soil-cultivating machines.

Исследование процесса работы экспериментального культиватора для сплошной обработки почвы


Введение

Поверхностная обработка почвы проводится с целью кроше­ния пласта ее верхнего слоя, измельчения пожнивных остатков, унич­тожения сорных растений и выравнивания поверхности поля [1]. Важнейшим звеном агротехники является система обработки почвы, которая дифференцируется в зависимости от типа почв, предшественников, степени засоренности, влажности почвы. Обработка почвы имеет своей задачей создание оптимального водно-воздушного, теплового и питательного режимов, накопления и сохранения влаги, поддержание почвы в чистом от сорняков состоянии, выравнивания поверхности поля для проведения качественной сева, равномерного посева семян. Предпосевная обработка почвы постоянно совершенствуется, в разных регионах она не одинакова.

В современном земледелии больше внимания уделяется обработке почвы и подготовке ее к севу, в отличие от особого внимания, например, удобрениям, как раньше. Такой интерес обусловлен некоторыми факторами: повышением вредности эрозии для окружающей среды; обновлением сельскохозяйственной техники; желанием экономить энергию, особенно горючее, цены на которое постоянно растут; влиянием способов обработки почвы на эффективность гербицидов.   

Анализ работы различных типов почвообрабатывающих комбинированных машин показал, что наибольшую перспективу имеют машины, которые за один проход выполняют комплекс работ по подготовке почвы к посеву [2]. Такие комбинированные машины позволяют сократить до минимума сроки выполнения технологических операций, расход энергии и средств на их выполнение. Производственные испытания показывают, что лучшие показатели в работе дает тип комбинированных машин, оборудованных специальными рабочими органами для последовательного выполнения технологического процесса подготовки почвы к посеву, связанных с выращиванием сельскохозяйственных культур [3]. От обработки верхнего слоя почвы зависит накопление и сохранение влаги не только в верхних, но и в более глубоких почвенных горизонтах. Для реализации такой обработки комбинированное почвообрабатывающее орудие оснащено двумя батареями ножевых дисков, установленных в 2 ряда друг за другом, плоскорежущими лапами, установленными в 2 ряда в шахматном порядке, и катком с укрепленными по его рабочей поверхности штифтовыми элементами [4].

Вопросы сбережения и накопления влаги как важнейшего ресурса для получения урожая наряду со снижением энергоёмкости процессов и технологии возделывания сельскохозяйственных культур в целом весьма актуальны [5, 6]. При куль­тивации создаётся поверхностный рыхлый слой, препятствующий испарению влаги, улучшаются водный и воздушный режимы, ускоряется прогревание почвы весной, усиливается микробиологическая деятельность и создаются благоприятные условия для накопления питательных веществ и влаги [7, 8, 9, 10].

Изучением работы комбинированных почвообрабатывающих машин и агрегатов, а также разработкой, обоснованием типа рабочих органов к ним занимались очень многие исследователи. А.А. Вилде, А.Х. Цесниекс, исследовали работу и тяговое сопротивление комбинированных агрегатов на, предпосевной культивации зяби [11]; Воробьев В.И. [12] исследовал тяговое сопротивление и технологические показатели комбинированных агрегатов для предпосевной обработки почвы и посева зерновых. Наиболее характерными методами при обосновании параметров рабочих органов и конструктивно-технологических схем комбинированных орудий являются экспериментальные [13]. Кроме того, известны работы по общей динамике комбинированных агрегатов [14,15] в которых дан анализ их работы и определена рациональная схема расстановки рабочих органов. При этом в процессе исследования большое внимание уделяется обоснованию рациональных параметров рабочих органов, выполняющих операции предпосевной подготовки почвы и используемых в комбинированных машинах [16, 17, 18, 19, 20]. Исходя из вышеизложенного следует, что прогрессивным направлением в развитии средств механизации для предпосевной обработки почвы является применение почвообрабатывающих машин или агрегатов с комбинированными рабочими органами, позволяющих, в одном технологическом процессе совмещать выполнение нескольких операций.

Цель исследований

Исследования проводились с целью определения энергетических показателей работы культиватора и целесообразности использования блокиратора навески культиватора.

Материалы и методы

Экспериментальный навесной культиватор ОКП-7Н (орудие комбинированное почвообрабатывающее «Предтеча») предназначен для предпосевной и других видов обработки на глубину от 3 до 15 см (рис. 1.).

 

Рис.1. Культиватор ОКП-7Н (орудие комбинированное почвообрабатывающее «Предтеча»)

 

Культиватор состоит из основной рамы 1 и двух полурам 8, которые раскладываются (рис. 2). Полурамы соединены с основной рамой шарнирно, с возможностью перевода их в рабочее или транспортное положение механизмом раскладывания-складывания полурам 9. К раме и полурамам в четыре ряда закреплении S-образные пружинные стойки 2 со сменными рабочими органами (копьевиднимы или стрельчатыми) . Форма пружинной стойки обеспечивает неизменность вертикального положения лап при отклонениях стойки, позволяет подготовить ложе для семян ровным и одинаковой глубины. К передней части рамы крепят отвальные доски 7, их можно устанавливать в несколько положений в вертикальной плоскости, изменяя тем самым положение относительно уровня почвы. При перегрузках доски защищены от повреждений пружинными предохранительными механизмами. К задней части рамы закреплены сдвоенные катки 6 с винтовидными прутьями. Крепления катков позволяет им перемещаться в вертикальной плоскости параллельно самим себе. Навесное устройство 7 предназначен для соединения культиватора с трактором в трех точках (одной верхней и двух нижних). Нижние точки крепления исполнении в виде проушин на раме культиватора, а верхняя точка расположена на колебательной стойке. Стойка соединена со сницей, которая входит в состав навески через механизм слежения. В транспортном положении механизм слежения заблокирован, а в рабочем разблокирован и позволяет колебаться стойке относительно культиватора , тем самым давать возможность культиватору копировать рельеф поля. Опорные колеса 3 с механизмом изменения положения колес в вертикальной плоскости обеспечивают регулирование глубины обработки, а также копирования рельефа поля.

 

Рис .2 Общий вид и строение культиватора "Предтеча" ОКП-7Н: 1 - рама; 2 - стойка пружинная S-образная; 3 - колесо; 4 - доска отвальная; 5 - следоразрыхлитель; 6 - катки; 7 - навесное устройство; 8 - полурама; 9 - механизм раскладывания-складывания полурам; 10 - система гидравлическая

Культиватор агрегатировался с трактором ХТЗ-17221 на сдвоенных шинах. Влажность почвы составляла 21,3%, глубина обработки - 0,15 м. Общий вид агрегата в составе трактора ХТЗ-17221 и культиватора ОКП-7Н представлен на рис. 3.


Рис. 3. Общий вид агрегата ХТЗ-17221+ ОКП-7Н

Культиватор комплектовали копьевидными наральниками, а навеску культиватора блокировали для обеспечения жесткого соединения с навеской трактора. Обработку участка поля проводили на II, III и IV передачах трактора при максимальной подаче топлива. Определяли скорость движения на указанных передачах и результаты заносили в табл. 1.

Результаты и обсуждение

На основе дисперсионного анализа были получены следующие результаты по таблице 1.

Таблица 1

Результаты исследований работы экспериментального культиватора

с блокиратором навески

Передача

трактора

Повторности

Среднее

1

2

3

ІІ

17,82

8,54

17,4

8,34

17,2

8,24

17,47

8,37

ІІІ

23,62

10,19

23,2

10,01

23,55

10,16

23,45

10,08

ІV

23,5

9,95

23,46

9,93

23,36

9,88

23,44

9,12

 

Доля влияния фактора скорости по индексу детерминации составила 99,27%. При этом достоверность опыта по критерию Фишера F (6: 2) составила 406,19 по табличным значением F (6: 2) - 5,14, при 95% значении достоверности. Наименьшая существенная разница равнялась 0,592.

Затем навеску культиватора разблокировали (шарнирное соединение), что позволило обеспечить продольное копирования поверхности поля и обработку участка проводили на IV передаче трактора определяли скорость, а результаты заносили в табл. 2

Таблица 2

Результаты исследования работы экспериментального культиватора            

Передача

трактора

Повторности

Среднее

1

2

3

ІV

с заблокированной навеской

23,5

9,95

23,46

9,93

23,6

9,88

23,44

9,92

с разблокированной навеской

21,49

13,1

20,93

12,8

21,85

13,36

21,42

13,08

 

Скорость движения на указанных передачах определяли в трехкратной повторности, а глубину обработки поддерживали - 0,15 м.

При известных значениях скорости движения агрегата (нижний показатель), используя тяговые характеристики трактора для условий работы на полях подготовленных под посев, определяли тяговое сопротивление культиватора (верхний показатель) на соответствующих передачах и заносили в таблицу.

Анализ результатов исследований (данные табл. 1) показывает, что при работе агрегата на II передачи трактора средняя скорость составляла 8,37 км / ч., А тяговое сопротивление культиватора было 17,47 кН. При этом трактор работал в режиме рациональной загрузки.

На III передаче трактора скорость движения повысилась более чем на 20%, одновременно с повышением скорости движения увеличилось тяговое сопротивление культиватора, среднее значение которого составило 23,45 кН, а трактор работал в режиме номинальной нагрузки.

При работе агрегата на IV передаче трактора наблюдался режим перегрузки двигателя, поэтому скорость движения агрегата уменьшилась даже по сравнению со скоростью на III передаче, а тяговое сопротивление культиватора было на том же уровне как и при движении на III передаче.

Согласно данным таблицы 2 доля фактора (работа с блокиратором или без него) составила 97,92%, при этом критерий Фишера F (4: 1) составил 187,96 при табличном значении 7,71 при 95% значении достоверности. Наименьшая существенная разница равнялась 0,466.

Сравнивая результаты исследований таблице 2 необходимо отметить, что шарнирное соединение навески культиватора (без блокиратора) обеспечивает продольное копирования поверхности поля отдельно трактора и отдельно культиватора, как следствие, уменьшилось тяговое сопротивление культиватора на 8 ... 10%, скорость движения агрегата повысилась на 31%, трактор работает в режиме номинальной нагрузки.

Вывод

При работе агрегата навесное устройство культиватора с механизмом слежения и колебательной стойкой должно быть разблокировано, что создает условия копирования рельефа поля и уменьшение тягового сопротивления культиватора.


Библиографический список


1. Пащенко В.Ф., Сыромятников Ю.Н., Храмов Н.С. Физическая сущность процесса взаимодействия с почвой рабочего органа с гибким элементом // Сельское хозяйство. – 2017. – №. 3. – С. 33-42. DOI: 10.7256/2453-8809.2017.3.24563. URL: http://e-notabene.ru/sh/article_24563.html
2. Сыромятников Ю.Н. Обоснование профиля лемеха с направляющими дисками почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины // Сельское хозяйство. — 2017. - № 2. - С.18-29. DOI: 10.7256/2453-8809.2017.2.23150. URL: http://e-notabene.ru/sh/article_23150.html
3. Пащенко В. Ф., Сыромятников Ю.Н. Почвообрабатывающая приставка к зерновой сеялке в технологиях «No till» //Аэкономика: экономика и сельское хозяйство. 2018. № 3 (27). С. 6.
4. Савельев Ю.А., Кухарев О.Н., Ларюшин Н.П., Ишкин П.А., Добрынин Ю.М. Снижение потерь почвенной влаги на испарение. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018;12(1):42-47. DOI:10.22314/2073-7599-2018-12-1-42-47
5. Дридигер Виктор Корнеевич, Дрёпа Елена Борисовна, Попова Елена Леонидовна Ресурсосберегающие технологии обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур в Ставропольском крае // Известия ОГАУ. 2011. №32-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/resursosberegayuschie-tehnologii-obrabotki-pochvy-i-poseva-selskohozyaystvennyh-kultur-v-stavropolskom-krae
6. Несмиян А. Ю. Обзор культиваторов для сплошной обработки почвы и тенденций их производства //Тракторы и сельхозмашины.-2013.-№ 4.-С. 6-8, 9. – 2013.
7. Калабкина М. А., Шаева Т. И. Анализ ресурсосберегающих технологий в растениеводстве //Системное управление. – 2013. – №. 3. – С. 40-40..
8. Руденко Н. Е., Падальцин К. Д. Как снизить энергозатраты и повысить качественные показатели при сплошной обработке почвы //Вестник АПК Ставрополья. – 2014. – №. 1. – С. 66-68.
9. Горлова Г. П., Дридигер В. К. Сельскохозяйственная техника для успешного земледелия //Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2009. – №. 2. – С. 9-15.
10. Копылов А. Н. Энергосберегающие технологии подготовки паровых полей //Аграрный вестник Урала. – 2008. – №. 3. – С. 64-66.
11. Вилде А.А. Комбинированные почвообрабатывающие машины /А.А.Вилде, А.Х. Цесниекс, Ю.П. Моритис и др.// - Л.:Агропромиздат, 1986.
12. Воробьев, В.И. Исследование тягового сопротивления и технологических показателей комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов: Автореф. дис... к.т.н.: 05.20.01.В.И. Воробьев - Горки, 1975. -24с.
13. Семенов П.Ю. Конструктивно-технологическая схема и параметры рабочих органов комбинированного агрегата для предпосевной, обработки почвы: Автореф. дис.к. т. н.: П;Ю. Семенова Глеваха, 1985. -22с.
14. Мазитов Н.К. и др. Ресурсосберегающая технология предпосевной обработки почвы и посева / Н.К. Мазитов // Земледелие, 2005, №4, с 36-37.
15. Мазитов Н.К. Энерго- и ресурсосберегающие технологии обработки почвы и посева / Н.К. Мазитов, Т.Г. Тагирзянов, Н.Т. Хлызов и др. // Техника в сельском хозяйстве, 2006, №6, с.28-32.
16. Бурченко И.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения / П.Н. Бурченко// — М.: ВИМ. 2002.-212с.
17. Рахимов Р. С., Хлызов Н. Т. Обоснование конструктивной схемы и параметров почвообрабатывающих посевных машин на основе обобщенной математической модели //АПК России. – 2013. – Т. 65. – С. 104-113.
18. Мельник В. И., Чигрина С. А. Согласование тяговых возможностей трактора и рабочего сопротивления почвообрабатывающих машин //Інженерія природокористування. – 2016. – №. 2. – С. 113-118.
19. Пастухов В. І. Розробка робочого органу культиватора для біологічної системи землеробства [Teкст] //Вісник ХДТУСГ.–2001.–Випуск 12. Механізація сільського виробництва. – С. 88-90.
20. Дудніков А. А. Підвищення надійності робочих органів ґрунтообробних машин / А. А. Дудніков, О. І. Біловод, А. Г. Пасюта // Вісник Полтавської державної аграрної академії. - 2014. - № 3. - С. 172-177. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/VPDAA_2014_3_38.

References


1. Pashchenko V.F., Syromyatnikov YU.N., Hramov N.S. Fizicheskaya sushchnost' processa vzaimodejstviya s pochvoj rabochego organa s gibkim ehlementom // Sel'skoe hozyajstvo. – 2017. – №. 3. – S. 33-42. DOI: 10.7256/2453-8809.2017.3.24563. URL: http://e-notabene.ru/sh/article_24563.html
2. Syromyatnikov YU.N. Obosnovanie profilya lemekha s napravlyayushchimi diskami pochvoobrabatyvayushchej ryhlitel'no-separiruyushchej mashiny // Sel'skoe hozyajstvo. — 2017. - № 2. - S.18-29. DOI: 10.7256/2453-8809.2017.2.23150. URL: http://e-notabene.ru/sh/article_23150.html
3. Pashchenko V. F., Syromyatnikov YU.N. Pochvoobrabatyvayushchaya pristavka k zernovoj seyalke v tekhnologiyah «No till» //Aehkonomika: ehkonomika i sel'skoe hozyajstvo. 2018. № 3 (27). S. 6.
4. Savel'ev YU.A., Kuharev O.N., Laryushin N.P., Ishkin P.A., Dobrynin YU.M. Snizhenie poter' pochvennoj vlagi na isparenie. Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. 2018;12(1):42-47. DOI:10.22314/2073-7599-2018-12-1-42-47
5. Dridiger Viktor Korneevich, Dryopa Elena Borisovna, Popova Elena Leonidovna Resursosberegayushchie tekhnologii obrabotki pochvy i poseva sel'skohozyajstvennyh kul'tur v Stavropol'skom krae // Izvestiya OGAU. 2011. №32-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/resursosberegayuschie-tehnologii-obrabotki-pochvy-i-poseva-selskohozyaystvennyh-kultur-v-stavropolskom-krae
6. Nesmiyan A. YU. Obzor kul'tivatorov dlya sploshnoj obrabotki pochvy i tendencij ih proizvodstva //Traktory i sel'hozmashiny.-2013.-№ 4.-S. 6-8, 9. – 2013.
7. Kalabkina M. A., SHaeva T. I. Analiz resursosberegayushchih tekhnologij v rastenievodstve //Sistemnoe upravlenie. – 2013. – №. 3. – S. 40-40..
8. Rudenko N. E., Padal'cin K. D. Kak snizit' ehnergozatraty i povysit' kachestvennye pokazateli pri sploshnoj obrabotke pochvy //Vestnik APK Stavropol'ya. – 2014. – №. 1. – S. 66-68.
9. Gorlova G. P., Dridiger V. K. Sel'skohozyajstvennaya tekhnika dlya uspeshnogo zemledeliya //Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. – 2009. – №. 2. – S. 9-15.
10. Kopylov A. N. EHnergosberegayushchie tekhnologii podgotovki parovyh polej //Agrarnyj vestnik Urala. – 2008. – №. 3. – S. 64-66.
11. Vilde A.A. Kombinirovannye pochvoobrabatyvayushchie mashiny /A.A.Vilde, A.H. Cesnieks, YU.P. Moritis i dr.// - L.:Agropromizdat, 1986.
12. Vorob'ev, V.I. Issledovanie tyagovogo soprotivleniya i tekhnologicheskih pokazatelej kombinirovannyh pochvoobrabatyvayushche-posevnyh agregatov: Avtoref. dis... k.t.n.: 05.20.01.V.I. Vorob'ev - Gorki, 1975. -24s.
13. Semenov P.YU. Konstruktivno-tekhnologicheskaya skhema i parametry rabochih organov kombinirovannogo agregata dlya predposevnoj, obrabotki pochvy: Avtoref. dis.k. t. n.: P;YU. Semenova Glevaha, 1985. -22s.
14. Mazitov N.K. i dr. Resursosberegayushchaya tekhnologiya predposevnoj obrabotki pochvy i poseva / N.K. Mazitov // Zemledelie, 2005, №4, s 36-37.
15. Mazitov N.K. EHnergo- i resursosberegayushchie tekhnologii obrabotki pochvy i poseva / N.K. Mazitov, T.G. Tagirzyanov, N.T. Hlyzov i dr. // Tekhnika v sel'skom hozyajstve, 2006, №6, s.28-32.
16. Burchenko I.N. Mekhaniko-tekhnologicheskie osnovy pochvoobrabatyvayushchih mashin novogo pokoleniya / P.N. Burchenko// — M.: VIM. 2002.-212s.
17. Rahimov R. S., Hlyzov N. T. Obosnovanie konstruktivnoj skhemy i parametrov pochvoobrabatyvayushchih posevnyh mashin na osnove obobshchennoj matematicheskoj modeli //APK Rossii. – 2013. – T. 65. – S. 104-113.
18. Mel'nik V. I., CHigrina S. A. Soglasovanie tyagovyh vozmozhnostej traktora i rabochego soprotivleniya pochvoobrabatyvayushchih mashin //Іnzhenerіya prirodokoristuvannya. – 2016. – №. 2. – S. 113-118.
19. Pastuhov V. І. Rozrobka robochogo organu kul'tivatora dlya bіologіchnoї sistemi zemlerobstva [Tekst] //Vіsnik HDTUSG.–2001.–Vipusk 12. Mekhanіzacіya sіl's'kogo virobnictva. – S. 88-90.
20. Dudnіkov A. A. Pіdvishchennya nadіjnostі robochih organіv ґruntoobrobnih mashin / A. A. Dudnіkov, O. І. Bіlovod, A. G. Pasyuta // Vіsnik Poltavs'koї derzhavnoї agrarnoї akademії. - 2014. - № 3. - S. 172-177. - Rezhim dostupu: http://nbuv.gov.ua/UJRN/VPDAA_2014_3_38.

Возврат к списку