Объем произведенной сельскохозяйственной продукции — результат оптимального сочетания множества факторов, среди которых главными являются сорта и технология возделывания сельскохозяйственных культур, комплекс машин и оборудования, оптимально сочетающихся с агротехническими условиями отдельно взятой местности.
В условиях современного земледелия обработка почвы остается самой энергоемкой наиболее важной операцией. Она влияет на процесс накопления и сохранения влаги в почве, уничтожение сорной растительности, аэрацию, аккумулирование питательных веществ — создание благоприятных условий для развития культурных растений, тем самым, определяя эффективность использования и регулирование почвенных ресурсов.
Для Южной сухостепной зоны, где лимитирующим фактором повышения урожайности являются недостаток продуктивной влаги и запас гумуса в почве, наиболее оптимальной считается комбинированная, или послойная обработка почвы. Она позволяет, дифференцировано обрабатывать слои пахотного горизонта без их перемешивания.
Ко всему прочему, почвы южной степной зоны, обладая способностью к спеканию при основной обработке в засушливые годы, образуют глыбистую поверхность, которая сохраняется до весны и требует применения дополнительных почвообрабатывающих операций для дробления глыб и выравнивания поверхности поля.
Многократные проходы по полю тяжелой сельскохозяйственной техники — одна из главных причин постоянного уплотнения и деградации почвенного плодородия, а также увеличения энергозатрат на почвообработку.
Плотность почвы играет существенную роль в получении урожая. Известно, что при изменении плотности почвы на 0,1.0,3 г/см от оптимального значения (1,1. 1,3 г/см) урожайность снижается на 20.40%.
Даже при оптимальном значении средней плотности пахотного горизонта снижение урожайности происходит из-за увеличения плотности в верхнем корнеобитаемом слое. Поэтому необходимо содержать верхний слой почвы (12. 16 см) в мелкокомковатом, выровненном и сухом состоянии, а нижележащие слои до 45 см — более уплотненными до оптимального состояния.
Верхний слой уменьшает расход влаги на испарение, улавливает атмосферные осадки, а уплотненный нижний слой уменьшает конвекцию и диффузию и исключает движение влаги из нижних слоев.
Для выполнения данного вида комбинированной, или послойной технологии промышленностью выпускается широкий спектр комбинированных почвообрабатывающих машин.
Большинство рабочих органов комбинированных почвообрабатывающих орудий заимствованы от простых машин, выполняющих иной вид почвообработки, поэтому они не могут в достаточной степени качественно подготовить почву. В связи с чем, приходиться увеличивать количество различных органов, в основном предназначенных для обработки верхнего слоя пахотного горизонта, что увеличивает тяговое сопротивление орудия и энергоемкость операции в целом, снижает надежность конструкции.
На основании вышеизложенного можно утверждать, что вопрос оптимизации основных конструктивных и технико-эксплуатационных параметров машин для комбинированной основной обработки почвы весьма актуален и имеет важное народнохозяйственное значение.
Цель исследования. Совершенствование конструктивных параметров основного рабочего органа комбинированного плуга, обеспечивающих высокое качество обработки почвы при снижении энергозатрат на ее осуществление.
Объект исследования. Процесс комбинированной основной обработки почвы.
Предметисследования. Закономерности влияния геометрических параметров отвального рабочего органа комбинированного плуга на тяговое сопротивление и качество основной обработки почвы.
Методика исследования. Теоретические исследования технологического процесса комбинированной обработки почвы посредством предлагаемого орудия выполнялись с применением основных положений, законов и методов классической земледельческой механики, агротехнологии и математического моделирования.
Научную новизну работы составляют:
— совокупность теоретических и экспериментальных исследований процесса функционирования комбинированного плуга, на основе которых определены оптимальные параметры орудия;
— модифицирована методика построения лемешно-отвальной поверхности рабочего органа для обработки верхнего слоя почвы (джойнтера);
— обоснована геометрия рабочей поверхности джойнтера, обеспечивающего высокое качество обработки верхнего слоя пахотного горизонта при минимальных энергозатратах.
Научные положения, выносимые на защиту:
— теоретические закономерности влияния конструктивных параметров джойнтера на качественные и энергетические показатели работы комбинированного плуга;
— результаты экспериментальных исследований комбинированного пахотного агрегата и его технико-эксплуатационные показатели;
— технико-экономические показатели применения комбинированного плуга на основной обработке почвы. Практическую ценность работы представляют: -рациональные конструктивные параметры джойнтера и комбинированного плуга;
— снижение эксплуатационных затрат на осуществление комбинированной основной обработки почвы;
— результаты исследований рекомендуется использовать при проектировании, производстве новых машин для основной обработки почвы предприятиями — изготовителями почвообрабатывающих машин и в учебном процессе инженерных специальностей.
Реализация результатов исследования. Опытные образцы комбинированного плуга были изготовлены в РТП и использованы в СПК «Колхоз Дружба» Мелеузовского района Республики Башкортостан.
Материалы диссертационной работы и опытный образец плуга с 2005 года используются в учебном процессе по дисциплинам «Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машины» и «ЭМТП» в ФГОУ ВПО ОГАУ СПО «Оренбургский аграрный колледж».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались па заседаниях кафедры.
Сельскохозяйственные машины" ФГОУ ВПО ОГАУ (20 032 007гг), на ежегодных научных конференциях сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства ОГАУ (2003;2007гг), на региональных научно-практических конференциях (Оренбург, 2003;2007гг), на международной научно-технической конференции (Оренбург, 2005г), на научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Уфа, 2005г).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 7 работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа включает введение, 5 разделов, общие выводы, список использованной литературы и приложения. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 40 рисунков, и 16 приложений.
Список литературы
содержит 135 источников, в том числе 2 на иностранных языках.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.
1. На основании результатов научных исследований последних десятилетий обоснована рациональность применения в сухостепных регионах Южного Урала и Заволжья комбинированной, или послойной обработки почвы, при которой только верхний корнеобитаемый слой пахотного горизонта обрабатывается отвально на глубину до 16 см, а нижележащие слои обрабатываются безотвальным способом.
2. Согласно проведенному анализу выявлена необходимость создания нового рабочего органа для обработки верхнего корнеобитаемого слоя пахотного горизонта (джойнтера) с параметрами, отвечающими требованиям комбинированной обработки почвы: шириной захвата ?>=35 см, глубиной обработки «=12−16 см.
3. На основе теоретических исследований разработана математическая модель взаимодействия усовершенствованного джойнтера с почвой, позволяющая определить взаимосвязь энергетических и агротехнических (качественных) показателей почвообработки с конструктивными параметрами рабочего органа.
4. Модифицирована методика построения лемешно-отвальной поверхности, учитывающая взаимосвязь геометрии отвальных рабочих органов с энергетическими и качественными показателями их работы.
5. Получен основной закон построения лемешно-отвальной поверхности усовершенствованного джойнтера, представленного в виде трех закономерностей: а=/(7,), у—/=(г), которые обуславливают высокие крошащие способности при минимальной энергоемкости отвальной обработки верхнего слоя пахотного горизонта.
6. Результаты анализа математической модели разработанного плуга для послойной обработки почвы и экспериментальных данных позволили определить параметры орудия, обеспечивающие его устойчивую работу в продольно-вертикальной и горизонтальной плоскостях: скорость движения — ^=1,8−2,4 м/с, расстояние от опорного колеса до точки прицепа ?=0,95−1,25 м, при глубине обработки джойнтерами Z2=0,12−0,16 м, рыхлительными лапами ^=0,4 м.
7. Испытания плуга для послойной обработки почвы в полевых условиях показали полное выполнение технологии почвообработки: степень крошения составила Ккр=87,2−90,8%- полнота заделки сорной растительности и пожнивных остатков /7,=95,7%- выравненность поверхности поля (гребнистость) в среднем составила Кгр=5,3−6,2% м, что отвечает агротехническим требованиям.
8. Применение предлагаемого плуга позволило увеличить урожайность зерновых на 8−10%, влажность почвы весной на 15−19%, снизить удельный расход топлива па 12−13%. Суммарный годовой экономический эффект при обработке площади размером 280 га, в зависимости от базового варианта почвообработки, составил не менее 88 078 рублей.
