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

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            

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.