«Энергетическая оценка сошников при работе посевных агрегатов в условиях различной влажности почвы степной зоны Сибири»

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформу-
лированы цель, объект и предмет исследования, научная гипотеза, научная
новизна и теоретическая значимость, практическая значимость, основные по-
ложения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» рас-
смотрены особенности технологий возделывания зерновых культур в Алтай-
ском крае. Установлена тенденция увеличения доли ресурсосберегающих
технологий, которые применяются более чем на 50% посевных площадей.
Проведен анализ работы сеялок для ресурсосберегающих технологий в усло-
виях различной влажности почвы. Установлено, что наиболее распространен-
ными типами сошников являются анкерный и лаповый. Исследован процесс
взаимодействия сошников с почвой. При высокой и низкой влажности почвы
повышается тяговое сопротивление сеялок, почва и растительные остатки
сгруживаются перед сошниками и забивают основные их части, формируют
недопустимую глыбистость и гребнистость, нарушая агротехнические требо-
вания. Различные типы сошников и скоростные режимы их работы отлича-
ются величиной энергозатрат, что обуславливает различия в себестоимости
производства зерна. Для регионов Сибири характерен короткий период веге-
тации растений, посев необходимо проводить как можно раньше и в короткие
сроки. Необходимо отметить, что в течение посевной влажность почвы может
значительно изменяться, что приводит к изменению тягового сопротивления
посевных агрегатов. Вопросы взаимосвязи рабочих органов почвообрабаты-
вающих орудий и физико-механических свойств почвы рассмотрены такими
авторами как М.А. Адуов, Л.Ф. Бабицкий, П.У. Бахтин, А.Х. Габаев, А.А. Га-
фаров, В.П. Горячкин, Е.В. Демчук, М.Б. Ероков, В.А. Желиговский, А.Н. Зе-
ленин, А. Зелинский, С.А. Ивженко, И.С. Имамов, А.Н. Карпенко, А.А. Кем,
Н.А. Качинский, Ю.К. Киртбая, С.Н. Кокошин, А.С. Кушнарёв, Н.П. Ларю-
шин, А.И. Любимов, Н.И. Любушко, Г.О. Мазаев, Н.К. Мазитов, Е.М. Ми-
хальцов, С.Г. Мударисов, В.И. Мяленко, Н.Н. Назаров, Б.В. Нестерводский,
И.П. Панов, Г.Н. Поляков, Е.В. Припоров, Д.Н. Раднаев, Г.Н. Синеоков, В.Н.
Трубников, И.М. Фархутдинов, А.С. Фирсов, Х.Х. Шайдуллин, М.К. Шайхов,
Н.В. Щучкин, А.Т. Яковенко, Н.С. Яковлев, R.E. Blackshaw, Y. Chen, M.J.
Dwyer, K.N. Harker, R.L. Kushwaha, G.P. Lafond, K. Terzaghi и другими.
Машинно-тракторные агрегаты (МТА) могут работать в широком диапа-
зоне скоростей движения. При этом скоростной режим движения оказывает
влияние на величину тягового сопротивления. Влиянию скоростных режимов
работы МТА на тяговое сопротивление посвящены работы таких авторов как
В.И. Беляев, Н.Н. Бережнов, В.П. Горячкин, Н.И. Джабборов, С.А. Иофинов,
Ю.К. Киртбая, В.В. Коцыгин, В.С. Красовских, А.Б. Лурье, Н.К. Мазитов, А.Я.
Поляк, Н.И. Селиванов, Г.Н. Синеоков, В.В. Соколов, Д.А. Уханов и других.
При изменении тягового сопротивления посевных агрегатов, изменяется
расход топлива тракторного двигателя. Поэтому важно определить наиболее
рациональные, с точки зрения энергозатрат, типы сошников и скоростные ре-
жимы работы посевных агрегатов при различном уровне влажности почвы.
Значительный вклад в развитие эксплуатации МТА внесли такие авторы
как Л.Е. Агеев, В.П. Антипин, В.И. Беляев, Н.Н. Бережнов, Ю.Н. Блынский,
Г.В. Веденяпин, Б.Д. Докин, М.Я. Дурманов, С.А. Иофинов, Н.Ф. Карпов,
Ю.К. Киртбая, В.Ф. Коновалов, В.С. Красовских, А.Б. Лурье, А.Х. Морозов,
В.П. Росляков, В.В. Соколов, В.И. Фортуна, К.А. Хафизов и другие.
В свою очередь, анализ данных работ показывает, что вопрос энергетиче-
ской оценки агрегатов по расходу топлива тракторного двигателя в условиях
различной влажности почвы, рассмотрен недостаточно полно, и суждения о
данных зависимостях являются косвенно общепринятыми на основании
смежных исследований в данной проблематике.
Во второй главе «Теоретическое обоснование параметров и режимов
работы посевных агрегатов» на основании трудов K. Terzaghi гласящих, что
скважность почвы служит показателем закона консолидации частиц и явля-
ется обобщающим показателем всех вариантов изменения свойств почвы, а
также полученных Б.В. Нестерводским зависимостей тягового сопротивле-
ния от скважности в третьей степени, были получены зависимости, позволя-
ющие определять тяговое сопротивление анкерного и лапового сошников в
зависимости от их геометрических параметров и уровня влажности почвы.
Скважность почвы описывается следующей зависимостью:
в
= 1−,(1)

где в − объемный вес влажной почвы, кН/м3; – удельный вес твёрдой
фазы, кН/м3.
Тяговое сопротивление сошников сеялки с учетом влажности почвы
определялось при помощи методов плоскостного и пространственного дина-
мометрирования почвообрабатывающих машин, разработанных Г.Н. Сине-
оковым. В соответствии с этим, продольная слагающая сила тяги анкерного
и лапового сошников будет равна:
= з + к + + ,(2)
где з – сопротивление почвы сжатию затылком затупившегося лезвия, кН;
к – сопротивление почвы деформации, кН; – статическое давление поч-
венного пласта, кН; – динамическое давление почвенного пласта, кН.
Уравнение силы сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося
лезвия для анкерного сошника с учётом влажности будет иметь вид:
з = 0,5 в ℎ2 3 ( ∙ 3 + 1),(3)
где – длина лезвия сошника, м; ℎ – высота затылочной фаски лезвия сош-
ника, м; – скважность почвы; – угол трения почвы о сталь, град; ε3 – зад-
ний угол резания, град.
Сила сопротивления почвы деформации при работе анкерного и лапового
сошников описывается в соответствии с уравнением В.П. Горячкина:
к = ,(4)
где – коэффициент удельного сопротивления почвы с учётом влажности,
кН/м2; – глубина и ширина обработки, м2.
Статическое и динамическое давление почвенного пласта с учётом влаж-
ности для анкерного сошника будет описываться выражениями:
= в 3 ( + );(5)
в 3
= 2 ( + ),(6)

где – длина рабочей поверхности сошника, м; – скорость, с которой почва
перемещается по поверхности клина, м/с; – угол крошения почвы, град;
Сила сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия ла-
пового сошника складывается по аналогии с анкерным, но при учёте действия
касательных и нормальных сил и будет описываться выражениями:
з = 3 [ 3 + ( 3 2 + 2 )];(7)
з = 3 [ 3 − (1 − 3 )];(8)
з = − 3 ( 3 − 3 ),(9)
в ℎ2 3
где 3 =– равнодействующая элементарных нормальных давлений
2 3
почвы на затылке лезвия, кН;(10)
3 – угол затылка лезвия, град; – угол скоса лезвия, град; – коэффи-
циент трения почвы о сталь с учётом влажности.
По аналогии и с уравнениями составляющей статического (5) и динами-
ческого (6) давлений пласта для анкерного сошника, получим следующие вы-
ражения для лапового сошника:
+ ( + )
= в 3,(11)
−
в 3 2 2 [ + ( 2 + )]
=.(12)
( − )

Сила сопротивления почвы деформации – к лапового сошника описы-
вается той же зависимостью (4), что и для анкерного сошника.
Таким образом, подставляя значения з , к , , в выражение (2),
получим величину тягового сопротивления анкерного и лапового сошников с
учётом уровня влажности почвы.
Зависимость тягового сопротивления сеялки и расхода топлива. По-
скольку вышеописанные зависимости позволяют определять тяговое сопро-
тивление сошников по-отдельности, далее приведен алгоритм определения
тягового сопротивления всей сеялки. Согласно конструктивно-технологиче-
ской схемы сеялки, её полное тяговое сопротивление складывается:
= + + ,(13)
где – сопротивление сеялки на перекатывание, кН; – тяговое сопротив-
ление сошников, кН; – тяговое сопротивление прикатывающих катков, кН.
Сопротивление сеялки на перекатывание определяется:
= ∙ ,(14)
где – эксплуатационный вес сеялки, кН; – коэффициент сопротивления
движения почве.
Тяговое сопротивление сошника определяется следующей формулой:
сош = + .(15)
где – сопротивление стойки сошника, кН.
Суммарное сопротивление сошников сеялки определяется как:
= сош ∙ ,(16)
где сош – сопротивление одного сошника, кН; – количество сошников.
В соответствии с теорией движения катка по поверхности почвы его со-
противление перекатыванию определяется формулой Грандвуане-Горячкина:
3 4
к = 0,86 √,(17)
∙ ∙ 2

где = ∙ – вес катка, кН; , – ширина и диаметр катка, м; – коэффи-
циент объемного смятия почвы с учётом влажности, кН/м3.
Многочисленными исследованиями подтверждается, что тяговое сопро-
тивление агрегатов изменяется пропорционально расходу топлива.
Поскольку энергетическая оценка посевных агрегатов проводилась по
расходу топлива тракторного двигателя, то необходимо обосновать переход
от значений тягового сопротивления к значениям расхода топлива. Расход
топлива тракторного двигателя, определяемый электронным блоком управле-
ния (ЭБУ) трактора оборудованного системой впрыска Common Rail при ра-
боте МТА в режиме определенной нагрузки, соответствует определенному
значению крутящего момента, усилия и мощности на крюке.
Крюковое усилие определяется следующим выражением:
кр = к − ,(18)
где к – касательная сила тяги, кН; − сила сопротивления качению, кН.
Касательная сила тяги определяется выражением:
к ∙ тр ∙ тр
к =,(19)
к
где Мк – крутящий момент двигателя при крюковой мощности, Нм;
тр – передаточное число трансмиссии, соответствующее значению выбран-
ной передачи; тр – КПД трансмиссии; к – динамический радиус колеса, м.
Сила сопротивления качению:
= ∙ э ,(20)
где – коэффициент сопротивления качению трактора; э – эксплуатацион-
ный вес трактора, кН.
Тяговую мощность определим выражением:
кр = кр ∙ р ,(21)
где кр усилия на крюке, кН; р – рабочая скорость движения, м/с.
Рабочая скорость движения определяется как:
к ∙ н
р = () ∙ (1 − ),(22)
тр

где н – угловая скорость коленчатого вала, с-1; – буксование движителя.
Исходя из этого расход топлива будет определятся из выражения:
т = кр ∙ кр ,(23)
где кр – крюковой расход топлива, определяемый трактором, г/кВт∙с; кр –
мощность на крюке, кВт
Математическая модель оптимизации параметров и режимов ра-
боты посевного агрегата для работы в условиях различной влажности
почвы. В качестве основного оценочного показателя работы посевного агре-
гата используется величина расхода топлива тракторного двигателя, опреде-
ляющая уровень потребляемой мощности для заданного технологического
процесса обработки почвы. Многочисленными результатами испытаний аг-
регатов установлено, что применительно к реальным условиям работы МТА
расход топлива тракторного двигателя является функцией связи от ширины
захвата агрегата, глубины обработки почвы и скорости движения. Уравнение
аппроксимации имеет вид:
т = то + 0 ∙ р ∙ ℎ ∙ 2 ,(24)
где то – расход топлива на самопередвижение агрегата и потери в передаточ-
ных механизмах системы, г/с; 0 – коэффициент пропорциональности, учи-
тывающий влияние физико-механических свойств почвы, параметров трак-
тора и типов рабочих органов орудий на интенсивность прироста расхода
топлива двигателя; р – рабочая ширины захвата, м; ℎ – глубина обработки,
м; – рабочая скорость движения, м/с.
Представленное уравнение аппроксимации достаточно адекватно описы-
вает процесс изменения данной системы взаимодействия параметров и харак-
теристик МТА. В свою очередь, нас интересовали только некоторые изменя-
емые характеристики при конкретных взаимодействиях на систему, в частно-
сти влажность почвы.
В ходе анализа теоретических расходов топлива при помощи уравнения
(24), обусловленных четырьмя различными уровнями влажности почвы при
помощи метода наименьших квадратов по алгоритму Левенберга-Марк-
вардта, были найдены коэффициент пропорциональности 0 и расход топ-
лива на самопередвижение то для посевных агрегатов, оборудованных ан-
керным и лаповым сошниками. Поскольку полученные свободные члены
уравнения изменяются при изменении влажности почвы в диапазоне 15-30%,
далее относительно принятого нами базового уровня влажности почвы 15%
были найдены значения их изменений для каждого уровня влажности почвы

в диапазоне и обозначены коэффициентами 0 и т .

Для анкерного сошника уравнение связи коэффициента т имеет вид:

т = 2,2905 − 0,1269 ∙ + 0,0029 ∙ 2 , 2 = 0,81,(25)
для лапового:

т = 4,4069 − 0,3416 ∙ + 0,008 ∙ 2 , 2 = 0,85.(26)

Для анкерного сошника уравнение связи коэффициента 0имеет вид:
22
0= 3,8732 − 0,2696 ∙ + 0,0055 ∙ , = 0,89,(27)
для лапового:

0 = 3,5893 − 0,2448 ∙ + 0,005 ∙ 2 , 2 = 0,99.(28)
Где – влажность почвы, %.
Данные зависимости позволяют определять величины коэффициентов
при конкретном уровне влажности почвы в диапазоне 15-30%. Подставив ко-

эффициенты 0 и т в уравнение (24), получим зависимость расхода топ-
лива посевного агрегата от уровня влажности почвы:

т = т то + 0 0 ∙ р ∙ ℎ ∙ 2 ,(29)

где 0 – коэффициент, учитывающий влияние влажности почвы, на интен-
сивность прироста расхода топлива двигателя при увеличении р , ℎ, ;

т – коэффициент, учитывающий влияние влажности почвы, на интен-
сивность прироста расхода топлива двигателя при увеличении расхода топ-
лива на самопередвижение агрегата.
Таким образом, предложено усовершенствование математической мо-
дели энергетической оценки посевного агрегата (24). В следствие чего полу-
ченная модель (29) позволяет выполнять обоснование параметров и режимов
работы посевных агрегатов с анкерными и лаповыми сошниками по расходу
топлива тракторного двигателя в диапазоне влажности почвы 15-30%.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле-
дований» представлена программа и методика проведения эксперименталь-
ных исследований. Опыт по определению расхода топлива был реализован в
ООО КХ «Партнер» Михайловского района Алтайского края по стерневому
фону, предшественник яровая пшеница, тип почв южный чернозём. Уклон
плоскости, прилегающей поверхности фона в пределах габаритов трактора
вдоль и поперёк движения составлял не более 2 и 6% соответственно. Ком-
плектация трактора с учетом балласта и массы водителя соответствовала ука-
занной в руководстве по эксплуатации для наиболее энергоемкой по тяговому
усилию операции, соответствующей назначению трактора. Наработка трак-
тора более 150 моточасов. Износ почвозацепов движителей по высоте не бо-
лее 35%. Механизмы и оборудование, не передающие мощность движителям,
не участвующие в процессе работы агрегата были отключены. Посевной аг-
регат был сформирован на базе трактора New Holland T8.410 массой 11,3 т,
номинальной мощностью двигателя 275 кВт и сеялки СТС 2,1 шириной за-
хвата 2,1 м, массой 1,2 т, с анкерными и лаповыми сошниками (Рис. 1).

а)б)
Рисунок 1 – Исследуемые анкерные (а) и лаповые (б) сошники
Длина гона составляла 460 м, полосы разгона между основными 100-мет-
ровыми участками составляли 15 м. Рабочая скорость движения агрегата за-
давалась механизатором из кабины трактора в диапазоне 4-10 км/ч, с шагом
дискретизации 2 км/ч (Рис. 2). Измерение расхода топлива тракторного дви-
гателя проводились на каждой скорости в пятнадцатикратной повторности.
Опыт повторялся на четырёх уровнях влажности почвы (15, 20, 25, 30%) для
агрегата с анкерными, а затем лаповыми сошниками.

Рисунок 2 – Схема полевого опыта
Влажность почвы определялась с помощью электронного сенсорного вла-
гомера HH-2 «Delta-T Devices», снабженного цифровым индикатором.
Скорость движения агрегата определялась как при помощи внутренней
системы трактора путем расчетов ЭБУ и данных о местоположении трактора
системой GPS/GLONASS, так и в соответствии с ГОСТ 30745-2001 «Трак-
торы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей».
Основным методом определения расхода топлива посевного агрегата яв-
лялся метод определения при помощи аккумуляторной топливоподающей си-
стемы дизельного двигателя Common Rail и ЭБУ трактора. Во избежание по-
грешностей при определении расхода топлива данный метод контролиро-
вался и сопоставлялся с классическими методиками государственных стан-
дартов – ГОСТ 30745-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Определение
тяговых показателей», которые включают в себя такие методы как массовый
и объемный.
Полученные экспериментальные данные обрабатывались при помощи
методов регрессионного анализа с применением пакетов прикладных про-
грамм Microsoft Office, STATISTICA и MATLAB.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»
приведены результаты экспериментальных исследований и проведен их ана-
лиз. Обработка результатов проведения энергетической оценки посевного аг-
регата методом регрессионного анализа позволила установить зависимость
расхода топлива тракторного двигателя при работе посевного агрегата с ан-
керными сошниками от рабочей скорости движения и уровня влажности
почвы, которая в раскодированном виде будет иметь следующий вид:
= 10,298 + 0,346 ∙ 2 + 0,0168 ∙ 2 − 0,792 ∙ . (30)
Уравнение имеет высокую значимость (R2 = 0,94) и будет являться базо-
вым для обоснования рациональных параметров посевного агрегата с анкер-
ными сошниками при работе на различной влажности почвы.
Для посевного агрегата с лаповыми сошниками уравнение будет иметь
следующий вид:
= 14,204 + 0,422 ∙ 2 + 0,025 ∙ 2 − 1,171 ∙ . (31)
Уравнение также имеет высокую значимость (R = 0,94) и будет являться
базовым для обоснования рациональных параметров посевного агрегата с ла-
повыми сошниками при работе на различной влажности почвы.

а)б)
Рисунок 3 – Поверхности отклика расхода топлива в зависимости от влаж-
ности почвы и рабочей скорости движения посевного агрегата, оборудован-
ного анкерными (а) и лаповыми (б) сошниками
а)б)
Рисунок 4 – Сечения поверхностей отклика расхода топлива в зависимости
от влажности почвы и рабочей скорости движения посевного агрегата, обо-
рудованного анкерными (а) и лаповыми (б) сошниками
Зависимость расхода топлива от рабочей скорости движения агрегатов
является квадратичной со слабовыраженным характером, при повышении ра-
бочей скорости движения расход топлива значительно возрастает. В свою
очередь, зависимость расхода топлива от уровня влажности почвы также
квадратичная, но имеет вид ярко выраженной параболы со сдвигом вдоль оси
абсцисс. После нахождении экстремума функций (30) и (31) с двумя перемен-
ными установлено, что оптимальным значением уровня влажности почвы,
при котором расход топлива будет минимальным, является 23,6% для посев-
ного агрегата с анкерными сошниками и 23,4% с лаповыми. Данный факт го-
ворит о том, что оптимумы данных функций практически совпадают, и сред-
ним оптимальным значением будет являться 23,5%. На основании многолет-
них данных установлено, что вариабельность влажности почвы в слое 0-10 см
на полях отдельно взятого хозяйства в период посевной составляет 10-15%, в
соответствии с этим, указываемый в дальнейшем диапазон влажности почвы
21-26% будет являться энергетически оптимальным. Данные поверхности от-
клика позволяют определять расход топлива посевного агрегата с лаповым
или анкерным сошником в диапазоне рабочей скорости движения 1-3 м/с (4-
10 км/ч) и влажности почвы 15-30% (Рис. 3 и 4).
Сходимость теоретических и экспериментальных исследований. Для
проверки адекватности полученной математической модели работы посев-
ного агрегата проведено сравнение теоретических и экспериментальных кри-
вых, описывающих зависимость расхода топлива от уровня влажности почвы
на скоростях движения. Максимальное расхождение относительно диапазона
изменения расхода топлива тракторного двигателя при работе посевного аг-
регата, оборудованного анкерными либо лаповыми сошниками на рабочих
скоростях движения 8 и 10 км/ч, не превышает 5%, что свидетельствует об
адекватности усовершенствованной математической модели (Рис. 5).
а)б)
Рисунок 5 – Влияние влажности почвы на расход топлива посевного агре-
гата, оборудованного анкерными (а) и лаповыми (б) сошниками на рабочих
скоростях движения 8 и 10 км/ч
С увеличением влажности почвы с 15 до 30%, расход топлива анкерного
посевного агрегата изменяется в диапазоне 2,7-4,3 г/с при работе на рабочей
скорости движения 8 км/ч и в диапазоне 3,3-5,1 г/с при 10 км/ч. В свою оче-
редь, расход топлива лапового посевного агрегата изменяется в диапазоне 3-
4,5 г/с при работе на рабочей скорости движения 8 км/ч и в диапазоне 4-6,2
г/с при 10 км/ч.
Результаты проведения агротехнической оценки посевного агрегата.
Глубина заделки семян является одним из наиболее значимых агротехниче-
ских требований, оказывающих определяющее влияние на урожайность. Для
оценки влияния типа сошника на агротехнические требования при работе по-
севных агрегатов в условиях различной влажности почвы был проведен ана-
лиз стандартных отклонений от глубины заделки семян (Рис. 6).

а)б)
Рисунок 6 – Зависимость стандартных отклонений от глубины заделки от
влажности почвы после посева анкерными (а) и лаповыми (б) сошниками
При сравнении агротехники двух типов сошника отмечено, что после по-
сева агрегатами, оборудованными анкерными сошниками отклонения от глу-
бины заделки изменялись от 6 до 10 мм. После посева агрегатами, оборудо-
ванными лаповыми сошниками, изменялись от 8 до 9,5 мм. Значение уровня
влажности почвы, при котором лучше всего соблюдается заданная глубина
заделки после посева анкерными сошниками составляет 21% и попадает в
энергетически оптимальный диапазон. В случае с лаповыми сошниками такое
значение отсутствует, поскольку зависимость глубины заделки от влажности
почвы близка к линейной. Следует отметить, что все отклонения от глубины
заделки после посева данными сошниками находятся в допустимых пределах
изменений агротехнических требований ± 10 мм.
В пятой главе «Определение технико-экономических показателей по-
севного агрегата» на основании результатов экспериментов были подо-
браны рациональные составы посевных агрегатов с анкерными и лаповыми
сошниками. Наименьшая производительность (8,37 га/ч) и высокие эксплуа-
тационные затраты (2858,7 руб./га) наблюдаются при анализе агрегата с ла-
повым посевным комплексом при рабочей ширине захвата 9,3 метра,
наибольшая производительность (9,47 га/ч) и низкие эксплуатационные за-
траты (2362,6 руб./га) наблюдаются при анализе агрегата с анкерным посев-
ным комплексом при рабочей ширине захвата 9,5 метра. Для возможности
взаимозаменяемости посевных комплексов по типу сошника при изменении
влажности почвы в период посевной были предложены варианты комплекто-
вания агрегатов. Стоимость двух посевных комплексов с разными типами
сошников (анкерный и лаповый) будет составлять 11,2 млн. рублей. Стои-
мость одного комплекса и комплекта переоборудования взаимозаменяемых
сошников (анкерный и лаповый) 6,1 млн. рублей. Переоборудование одного
уже имеющегося у предприятия комплекса будет составлять 571 тыс. рублей,
что будет наиболее выгодным вариантом инвестиционных затрат. Методика
обоснования рациональных параметров посевных агрегатов позволила повы-
сить их производительность на 6-11%, а также снизить величину погектар-
ного расхода топлива на 4-9%. При работе посевных агрегатов с любым ти-
пом сошника на оптимальном уровне влажности почвы, экономия дизельного
топлива за посевную на один агрегат составляет 0,8 тонн или 49724 рубля.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Анализ технологий возделывания зерновых культур в Алтайском крае
показывает, что наблюдается тенденция увеличение доли ресурсосберегаю-
щих технологий. В настоящее время технологии прямого посева применяется
более чем на 50% посевных площадей. Наиболее распространенными типами
сошников сеялок в степной зоне края являются анкерный и лаповый.
2. Полученные теоретические зависимости, позволяют определять тяго-
вое сопротивление анкерного и лапового сошников в зависимости от их гео-
метрических параметров и уровня влажности почвы.
3. Обоснована взаимосвязь тягового сопротивления и расхода топлива
тракторного двигателя. Приведен алгоритм расчёта тягового сопротивления
в конкретный момент работы посевного агрегата, при наличии данных о рас-
ходе топлива тракторного двигателя в этот момент, что позволяет оценивать
усилие, затрачиваемое на работу МТА, по известным значениям расхода топ-
лива и упрощает процесс энергетической оценки.
4. Усовершенствованная математическая модель энергетической оценки
посевных агрегатов позволяет обосновывать параметры и режимы их работы
в условиях различной влажности почвы (15-30%) по расходу топлива.
5. Получены значения коэффициентов, учитывающие влияние влажности
почвы на интенсивность прироста расхода топлива тракторного двигателя
для агрегатов с лаповыми и анкерными сошниками (0,59-1,00 и 0,49-1,00 со-
ответственно). А также коэффициенты, учитывающие прирост расхода топ-
лива на самопередвижение агрегатов (0,77-1,41 и 0,78-1,08 соответственно).
6. Установлено, что влажность почвы, тип сошника посевного агрегата и
его рабочая скорость движения являются высоко значимыми факторами,
определяющими рациональные составы посевных агрегатов. Энергетически
оптимальным уровнем влажности почвы при работе посевного агрегата с ан-
керными сошниками является 23,6%, с лаповыми – 23,4%. Величина расхода
топлива двигателя трактора при работе в составе посевного агрегата, обору-
дованного анкерными сошниками на 3-5% ниже, чем с лаповыми.
7. Установлено, что после посева агрегатами, оборудованными анкер-
ными сошниками в диапазоне влажности почвы 12-39 % отклонения от глу-
бины заделки изменялись от 6 до 10 мм. После посева агрегатами, оборудо-
ванными лаповыми сошниками в диапазоне влажности почвы 12-36%, откло-
нения от глубины заделки изменялись от 8 до 9,5 мм. Исходя из этого следует,
что все отклонения от глубины заделки после посева данными сошниками
находятся в допустимых пределах изменений агротехнических требований,
которые составляют ± 10 мм. В соответствии с тем, что вариабельность влаж-
ности почвы в слое 0-10 см на полях отдельно взятого хозяйства в период
посевной составляет 10-15%, а средним энергетически оптимальным уровнем
влажности почвы, при котором расход топлива тракторных двигателей посев-
ных агрегатов с анкерными и лаповыми сошниками будет минимальным, яв-
ляется 23,5%, определен оптимальный диапазон влажности почвы 21-26%.
Значение уровня влажности почвы, при котором лучше всего соблюдается за-
данная глубина заделки после посева анкерными сошниками составляет 21%
и попадает в энергетически оптимальный диапазон. В случае с лаповыми
сошниками такое значение отсутствует, поскольку зависимость глубины за-
делки от влажности почвы близка к линейной.
8. Определено, что наибольшая производительность (9,47 га/ч) и низкие
эксплуатационные затраты (2362,6 руб./га) получены при агрегатировании
трактора с посевным комплексом анкерного типа шириной захвата 9,5 м. Для
возможности взаимозаменяемости посевных комплексов по типу сошника
при изменении влажности почвы в период посевной, были предложены вари-
анты комплектования агрегатов. Стоимость двух посевных комплексов с раз-
ными типами сошников (анкерный и лаповый) будет составлять 11,2 млн.
рублей. Стоимость одного комплекса и комплекта переоборудования взаимо-
заменяемых сошников (анкерный и лаповый) 6,1 млн. рублей. Переоборудо-
вание одного уже имеющегося у предприятия комплекса будет составлять
571 тыс. рублей, что будет наиболее выгодным вариантом инвестиционных
затрат. Внедренная в ООО КХ «Партнер» и ООО «Агроцентр» методика обос-
нования рациональных параметров и скоростных режимов работы посевных
агрегатов при эксплуатации в диапазоне влажности почвы 15-30% позволяет
повысить производительность посевных агрегатов на 6-11%, снизить вели-
чину погектарного расхода топлива на 4-9%. При работе посевных агрегатов
с любым типом сошника в оптимальном уровне влажности почвы, экономия
топлива на один агрегат составляет 0,8 тонн или 49724 рубля за посевную.
Рекомендации производству
На основании результатов исследований были разработаны рекоменда-
ции производству, направленные на повышение эффективности посева зер-
новых культур в условиях различной влажности почвы (15-30%):
1. Необходимо приобретать сеялки и посевные комплексы на основании
объективной оценки опыта реальной эксплуатации в условиях функциониро-
вания максимально приближенных к тем, где будет работать данное орудие.
2. Энергетически оптимальный уровень влажности почвы при работе се-
ялок с анкерными сошниками составляет 23,6%, с лаповыми 23,4%.
3. В период посевной почва зачастую не достигает физической спелости,
поэтому лаповые и дисковые сошники не могут работать эффективно в дан-
ных условиях, поскольку на них налипает почва и возрастает тяговое сопро-
тивление, в следствие чего повышается расход топлива и снижается качество
посева. Поэтому, предприятиям рекомендуется иметь в наличии сеялки и
комплексы с анкерными сошниками, благодаря меньшей площади сопротив-
ления данные рабочие органы испытывают меньшее тяговое сопротивление
и позволяют продолжать посев в условиях повышенной влажности почвы.
Мелким и средним предприятиям, которые не всегда могут иметь несколько
и более сеялок или комплексов с различным типом сошника, рекомендуется
приобретать комплекты переоборудования с одного типа на другой.
Перспективы дальнейшей разработки темы
Перспективой дальнейшей разработки темы являются исследования,
направленные на оптимизацию параметров и режимов работы посевных аг-
регатов различной ширины захвата, с различными рабочими органами при
агрегатировании тракторами разной мощности с учетом различных поч-
венно-климатических условий.