Обоснование параметров и разработка тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами

Дано обоснование актуальности темы, изложены основные
научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
В первом разделе «Состояние вопроса весеннего влагосбережения почвы. Цель и задачи исследований» проведен анализ исследований по влиянию весенней поверхностной обработки почвы на влагосбережение, а также анализ существующих способов весеннего влагосбережения. Выпол- нен обзор существующих средств механизации для весенней поверхностной обработки почвы с ротационными и приводными рабочими органами и об- зор результатов теоретических исследований по обоснованию рабочих орга- нов для весенней поверхностной обработки почвы. Выявлено, что для весен- ней поверхностной обработки почвы наиболее эффективны навесные при- водные орудия с секционным комплектованием ДИРО, оснащенных иглами определенной кривизны и создающих в почве различные виды деформации. Режим работы ротационных рабочих органов необходимо выбирать исходя из минимизации энергозатрат при агротехнически необходимом уровне ка- чества крошения. Оптимальный режим работы тягово-приводных рабочих органов позволяет сохранить эффект снижения тягового сопротивления при- водных почвообрабатывающих орудий и обеспечить низкие энергозатраты разделки пласта на уровне орудий с пассивными рабочими органами.
Научно-экспериментальной основой для разработки новой конструкции ТПО с комбинированными ДИРО являются результаты теоретических и экс- периментальных исследований Бойкова В.М., Казакова Г.И., Канарева Ф.М., Козырева Б.М., Константинова М.М., Милюткина В.А., Савельева Ю.А., Старцева С.В., Чаткина М.Н. и многих других ученых.
Обеспечение возможности проведения весенней поверхностной обра- ботки почвы за счет применения почвообрабатывающих орудий, оснащен-
ных приводными рабочими органами недостаточно изучен, поэтому необхо- димо проведение дальнейших исследований.
В результате проведенного анализа, в соответствии с целью работы, были сформулированы следующие задачи исследований:
1. Выполнить анализ и обосновать конструктивно-технологическую схему тягово-приводного орудия с комбинированными дисково- игольчатыми рабочими органами для весенней поверхностной обработки почвы.
2. Выполнить теоретические обоснования технологических параметров работы МТА тягово-приводного орудия и конструктивных параметров дис- ково-игольчатых рабочих органов.
3. Изучить изменение энергоэффективности тягово-приводного орудия в зависимости от кинематических параметров работы переднего и заднего рядов батарей и углового интервала расстановки рыхлительных элементов на иглах дисково-игольчатых рабочих органов.
4. Провести сравнительные полевые испытания разработанного ТПО с серийной машиной и определить динамику изменения влажности почвы и влагозапаса.
5. Дать экономическую оценку эффективности использования разрабо- танного ТПО при возделывании яровых зерновых культур.
Во втором разделе «Теоретическое обоснование технологического процесса весенней поверхностной обработки почвы ТПО с комбиниро- ванными ДИРО» для проведения весенней поверхностной обработки почвы предложено использовать МТА с ТПО новой конструкции (патент РФ на изобретение No2538810).
На основании исследований Конарева Ф.М. и Чаткина М.Н. в случае применения почвообрабатывающих машин с приводными рабочими органа- ми (рисунок 1), сопротивление их перемещению в почве определяется сле- дующей зависимостью:
nn, (1) RТПсхм = ∑Fp j − ∑Fкp j
j=1 j=1
где R – сопротивление движению ТПО, Н; F – тяговое сопротивле-
ТПсхм p j
ние j-ой батареи ДИРО, Н; F – касательная сила на j-ой батареи привод- кp j
ных ДИРО, Н.
С учетом исследований Гуськова А.В. по взаимодействию колеса с
почвой определен оптимальный сцепной вес трактора для работы с ТПО:
G/ = Mдв
сц
 i niпр 
⋅(1−k )⋅ тр ⋅η −k ⋅∑ j ⋅η ⋅η , (2)
пр трпр пртлк  rк j=1 rб j 
φсц + fк
где Mдв – крутящий момент коленчатого вала ДВС трактора, Н·м;φсц – ко-
эффициент сцепления колес трактора с почвой; fк – коэффициент сопротив- 6

ления перекатыванию колес трактора по почве; iтр – передаточное отноше- ние трансмиссии трактора от ДВС к колесу; rк – радиус качения колеса, м; ηтр – КПД трансмиссии трактора от ДВС к колесу; iпр j – передаточное от-
ношение трансмиссии от ДВС к j-ой батареи дисковых рабочих органов; ηпр
– КПД трансмиссии от ДВС к j-ой батареи дисковых рабочих органов; ηтлк – КПД использования касательной силы j-ой батареи дисковых рабочих ор- ганов на создание толкающего усилия; kпр – коэффициент, равный доле
мощности двигателя, используемой на привод рабочих органов:
k =Mвом⋅iвом
(3)
пр
где Mвом – крутящий момент на ВОМ трактора, Н·м;iвом – передаточное
отношение трансмиссии трактора от ДВС к ВОМ;
Mдв
Рисунок 1 – Схема сил, действующих на МТА с ТПО
Соотнеся между собой оптимальный сцепной вес трактора G/ при ра- сц
боте с ТПО и оптимальный сцепной вес трактора Gсц при работе в тяговом
режиме, теоретически определена кратность снижения уплотняющего уси- лия трактора на почву, за счет применения приводных рабочих органов:
Энергоэффективность работы МТА с ТПО можно оценить по КПД пе- редачи механической энергии от двигателя трактора к рабочим органам ору- дия по зависимости (5):
ηМТА =ηТР ⋅ηТПО , (5) 7
/ni
к
Gсц=r ⋅(1−k)⋅iтр⋅η−k⋅∑прj⋅η⋅η. (4)
пр тлк сцтртрк r
G i ⋅η  пр r тр пр j=1
бj

где η МТА – коэффициент полезного действия МТА с ТПО; η ТР – коэффици-
ент полезного действия трактора (КПД трактора); ηТПО – коэффициент по-
лезного действия ТПО (КПД орудия).
На основании исследований Гуськова А.В. по определению КПД колес
трактора, КПД трактора в тягово-приводном режиме, можно представить за- висимостью (формула (6)):
F ,(6) ηТР =ηпер ⋅(1−δ)⋅1− кач ⋅(1−kпр)+ηВОМ ⋅kпр
 Fк 
где ηпер – КПД передачи крутящего момента от двигателя трактора на вал
ведущих колес (КПД трансмиссии трактора); ηВОМ – КПД передачи крутя-
щего момента от двигателя трактора на ВОМ; δ – буксование колес тракто-
ра; F – сила сопротивления перекатывания трактора по полю, Н; F – ка- кач к
сательная сила тяги, создаваемая крутящим моментом на колесе трактора, Н. КПД орудия можно рассматривать аналогично КПД колес трактора с тем лишь отличием, что сопротивление дисков перекатыванию является по-
лезной работой:
 М  h μ⋅(G−F), (7) ηСХМ =1− Х ⋅1− р ⋅1− м y 
МrF
 ВОМ д тяг 
где МВОМ – крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в работе; МХ – крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в
холостом режиме; hр – глубина рыхления дисково-игольчатым рабочим ор- ганом, м; rд – внешний радиус дисково-игольчатых рабочих органов, м;
F – тяговое усилие, создаваемое трактором, Н; μ – коэффициент сопро- тяг
тивления перекатыванию опорных колес; Gм – сила тяжести ТПО, Н; Fy –
вертикальная составляющая реакции почвы, Н.
ДИРО, внедряясь иглами в почву, создает в ней деформацию сжатия,
по величине равную ширине петли трохоиды, описываемой иглой диска при работе (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема взаимодействия игл диска с почвой
Учитывая исследования Ю.Ф.Новикова, который определил зависимо- сти предельного перемещения клина для формирования скола почвы и, вы- разив через толщину S деформируемого пласта почвы, соотношение для оп- ределения минимально необходимого интервала воздействия зубьев на поч- ву, обеспечивающего устойчивое ее рыхление, получены формулы для опре- деления необходимого числа игл на ДИРО:
= ∙ ∙2∙ пр ∙cos в ∙sin + ∙sin + ,*шт.. 8
+√ ” −1−%”&” ∙’∙sin(
′ = ∙ ∙ 2∙2пр ∙sin + ∙sin + ,*шт.. 9
+√ ” −1−%”&” ∙’∙sin ∙*1−sin + .
где – внешний диаметр игольчатого диска, м; – кинематический пара- метр работы игольчатого диска, равный отношению окружной скорости дис- ка к его поступательной скорости; =3,14 – константа; 4 – толщина дефор- мируемого пласта почвы, м; пр – предельные касательные напряжения в почве, Па; 2пр– предельные нормальные напряжения в почве, Па; – угол крошения почвы клином, град; – угол трения почвы о материал клина, град.; – угол скола почвы, град; q – коэффициент объемного смятия поч- вы, Н/м3.
В результате расчетов по формулам (8) и (9), принимается наибольшее целое значение необходимого количества игл .
Наиболее выгодная кривизна иглы обеспечивает минимальное сопро- тивление заглублению иглы в почву, а равнодействующий вектор сопротив- ления деформации почвы иглой имеет минимальную величину вертикальной составляющей, т.е. все сопротивление почвы направлено на создание тол- кающего усилия. Для этого форма иглы должна обеспечивать заглубление всей ее рабочей части через одну точку встречи иглы с поверхностью поля. Чтобы описать необходимую форму иглы, обозначим тремя точками А, В и С начало рабочего участка иглы, его середину и конец соответственно (рису- нок 3).
Для определения кривизны рабочей части иглы, которая повторяет ду- гу, проведенную через три точки А, В и С, найдем положение центра кривиз- ны E(:;;=;) и после определения координат точек А и Е получим искомый радиус кривизны рабочей части иглы диска:
>?@A = B CDCE FАHFС JCE KАJKL HCD KMJKL &” + − :; − KАJKВ& + FАJFВ − =А&”(10)
” CEHCD CD
где коэффициенты OPи OR определяются по следующим зависимостям:
:В − :А
:A − :@
” ”
OP==В−=А иOR==A−=@.
9

Рисунок 3 – Схемы к определению оптимальной формы иглы
Таким образом, выражение (10) позволяет определить оптимальный радиус кривизны рабочей части иглы, который зависит от диаметра ДИРО и глубины рыхления почвы.
Результаты теоретических исследований позволяют сделать вывод, что повышение КПД тягово-приводного МТА возможно за счет снижения бук- сования колес трактора и потерь на перекатывание агрегата, что достигается передачей части мощности через ВОМ на приводные ДИРО, которые ком- пенсируют тяговое сопротивление орудия и создают выталкивающее усилие, снижая сопротивление на перекатывание. Кроме того, необходимо миними- зировать в допустимых пределах соотношение глубины обработки и радиуса приводного ДИРО, что также влияет на КПД агрегата.
В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» излагается программа, общая и частные методики экспери- ментальных исследований с описанием применяемого оборудования.
Программа экспериментальных исследований включала:
– лабораторные исследования уплотняемости среднесуглинистого чернозема в диапазоне влажностей, близких к физической спелости;
– лабораторно-полевые исследования по обоснованию рациональных конст- руктивных и технологических параметров комбинированных ДИРО экспе- риментального ТПО;
– лабораторно-полевые исследования по определению энергетических пока- зателей и расхода топлива при использовании экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами;
– лабораторно-полевые исследования по изучению физико-механических свойств почвы в весенний период при применении экспериментального ТПО с комбинированными ДИРО;
– полевые исследования экспериментального ТПО с комбинированными ДИРО в производственных условиях.
Для проведения экспериментальных исследований изготовлен экспе- риментальный образец ТПО (рисунок 4).
а)
в)
б)
Рисунок 4 – Орудие для весенней по- верхностной обработки почвы: а – вид слева; б – вид сверху; в – ДИРО перед- него ряда; г – ДИРО заднего ряда; 1 – рама; 2 – навесное устройство; 3,4 – игольчатые диски; 5 – конический ре- дуктор; 6 – входной вал; 7 – карданный вал; 8 – выходной вал; 9,10 – сменные звездочки; 11,12 – цепь; 13,14 – сменные звездочки; 15,17 – иглы; 16,18 – рыхли- тельные элементы
г)
ТПО содержит раму 1, сцепное устройство 2, приводные ротационные рабочие органы – игольчатые диски 3 и 4, расположенные в два ряда. На ра- ме 1 установлен конический редуктор 5, входной вал 6, который соединен с синхронным ВОМ трактора карданным валом 7. На выходном валу 8 редук- тора 7 установлены сменные звездочки 9 и 10, соединенные цепью 11 и 12 со сменными звездочками 13 на переднем и 14 на заднем валах батарей ДИРО. Ряды рабочих органов 3 и 4 расположены перпендикулярно направлению
движения орудия, образуя шахматный порядок. В касательных плоскостях на выпуклой стороне игл 15 рабочих органов переднего ряда закреплены рыхлительные элементы 16 в форме равнобедренного треугольника, а на иг- лах 17 рабочих органов 4 заднего ряда закреплены рыхлительные элементы 18, также в форме равнобедренного треугольника вершиной к носку игл 17. МТА с экспериментальным образцом ТПО имеет следующие конструктив-
но-технологические параметры: радиус качения колеса rк =0,72 м; переда- точное число трансмиссии трактора на 5-ой передаче iтр =15,798; тяговый
КПД трактора ηтр =0,658; передаточное число привода от двигателя на бата- реи переднего ряда iпр1 =5,266 и заднего ряда iпр 2 =5,156; радиус дисков ба-
тарей rб =0,275 м; КПД передачи на батареи ηпр =0,839; КПД использования касательной силы батарей дисковых рабочих органов на создание толкающе- го усилия ηтлк =0,1; КПД трансмиссии трактора ηпер =0,877; буксование ко-
лес трактора δ =0,08; сила сопротивления перекатывания трактора по полю F =5258 Н; касательная сила тяги, создаваемая крутящим моментом на ко-
кач
лесе трактора на 5-ой передаче Fк =8119 Н; КПД передачи на ВОМ трактора ηВОМ =0,94; крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в
холостом режиме МХ =30 Н⋅м; крутящий момент на ВОМ трактора, переда-
ваемый орудию в работе МВОМ=400 Н⋅м; глубина рыхления почвы hр =0,06
м; радиус диска rд=0,275 м; коэффициент сопротивления перекатыванию
опорных колес μ =0,16; сила тяжести тягово-приводного орудия Gм =3434 Н; вертикальная составляющая реакции почвы Fy =1030 Н; тяговое усилие, соз-
даваемое трактором F =6500Н. тяг
При проведении лабораторно-полевых исследований руководствова- лись ГОСТ 26244-84 Обработка почвы предпосевная. Требования к качеству и методы определения: СТО АИСТ 4.2-2010 Испытания сельскохозяйствен- ной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки поч- вы: ГОСТ Р 52777-2007 Техника сельскохозяйственная. Методы энергетиче- ской оценки. Статистическая обработка полученных результатов проводи- лась на ПЭВМ с помощью стандартных программ Mathcad и Excel. По ре- зультатам расчетов были построены соответствующие графические зависи- мости.
В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследова- ний и их анализ» приведены основные результаты лабораторных, лабора- торно-полевых и полевых экспериментов и дан их анализ.
Расчет, проведенный по формуле (4), представлен в виде графика, где в качестве аргумента выбран показатель – доля передаваемой мощности че- рез ВОМ трактора (рисунок 5).Анализ графической зависимости (рисунок 5) позволяет сделать вывод, что увеличение доли передаваемой мощности че-
рез ВОМ трактора при работе тягово-приводного почвообрабатывающего агрегата позволяет снижать вес трактора. Применение облегченного тракто- ра позволяет снижать вредное уплотняющее воздействие ходовой системы и обеспечивает возможность выхода агрегата в поле в более ранние сроки для проведения весеннего боронования.
Рисунок 5 – Теоретиче- ская зависимость доли потребного тягово- сцепного веса трактора в зависимости от доли передаваемой мощности на рабочие органы через ВОМ
Расчет, произведенный по формуле (5), представлен в виде графика, где в качестве аргумента выбран показатель – доля передаваемой мощности через ВОМ трактора (рисунок 6).
Рисунок 6 – Теоретиче- ская зависимость КПД преобразования механи- ческой энергии двига- теля в работу по рых- лению почвы в зависи- мости от доли переда- ваемой мощности на рабочие органы через ВОМ
Анализ графической зависимости (рисунок 6) позволяет сделать вы- вод, что увеличение доли передаваемой мощности через ВОМ трактора при работе МТА с ТПО позволяет повысить КПД преобразования энергии от двигателя трактора в механическую работу по рыхлению почвы.
В результате определения наиболее выгодной кривизны иглы, обеспе- чивающей минимальное сопротивление ее заглублению в почву, получен график (рисунок 7), где в качестве аргумента выбрана глубина рыхления почвы в диапазоне hр=60…80 мм. Радиус оптимальных значений кривизны иглы находится в диапазоне 370…500 мм.
По экспериментальным исследованиям уплотняемости среднесуглини- стого чернозема в диапазоне влажностей близких к физической спелости, построены графические зависимости изменения плотности почвы от нор- мального сжимающего давления (рисунок 8). Если максимальные допусти- мые сжимающие давления для почвы исследуемых влажностей ограничить плотностью 1,1 г/см3, то для почвы влажностью 25,9%, максимальное сжи-
13

мающее давление составит 137 кПа, для почвы влажностью 27,4% – 112 кПа, для почвы влажностью 29,9% – 85 кПа.
Рисунок 7 – Результаты расчета оптимального радиуса кривизны рабо- чей части иглы дисково- игольчатого рабочего органа в зависимости от глубины рыхления почвы
По экспериментальным данным исследования физико-механических свойств почвы в весенний период построена зависимость величины буксова- ния ведущих колес трактора МТЗ-82.1 от крюковой нагрузки (тягового со- противления) при различной влажности почвы (рисунок 9). Так, при допус- тимом буксовании 14% применение трактора МТЗ-82.1 на почве с влажно- стью поверхностного слоя 30,3% может обеспечить крюковую тягу величи- ной до 5,1 кН, при влажности 26,6% – до7,3 кН, при влажности 24,7% – до 11,1кН.
Рисунок 8 – Зависимость изменения плотности почвы от нормального
сжимающего давления
Рисунок 9 – Зависимость величины буксованияведущих колес трактора
МТЗ-82.1 от крюковой нагруз- ки(тягового сопротивления) при различной влажности почвы
Проведены 2 многофакторных эксперимента по обоснованию рацио- нальных конструктивных и технологических параметров комбинированных ДИРО экспериментального ТПО (рисунки 10 и 11). В первом определялось влияние рабочей скорости движения агрегата и кинематических параметров работы ротационных рабочих органов K1 переднего и K2 заднего рядов на качество крошения почвы и часовой расход топлива. Во втором оценивалось влияние интервала расстановки рыхлительных элементов на дисках Δ1 пер- вого и Δ2 второго рядов на качество поверхностной обработки почвы и за- траты энергии ее выполнения. Критерием оптимизации выбрано удельное энергопотребление Эу [г/(ч•%)], показывающее часовой расход топлива на каждый процент качества крошения почвы.
Эу
К1
К2
∆1
∆2
Рисунок 10 – Поверхность отклика зависимости удельного энергопотреб- ления от кинематических параметров батарей ДИРО
Рисунок 11–Поверхность отклика зависимости удельного энергопотребле- ния от интервалов расстановки рыхлительных элементов
В результате реализации первого многофакторного эксперимента по- лучено уравнение регрессии второго порядка (11), адекватно описывающее зависимость удельного энергопотребления от кинематических параметров ДИРО:
Эу =1790,2−1583,5K −1486,5K −6,47V +810K2 +730K2 +0,46V2 −140K K (11) 12Р12Р12
В результате найдены оптимальные значения факторов при рабочей скорости движения агрегата Vp=9,1 км/ч: кинематический параметр 1-го ря- да игольчатых дисков K1= 1,08; кинематический параметр 2-го ряда игольча- тых дисков K2=1,13. При данных значения факторов удельное энергопотреб- ление Эу не превышает 90 г/(ч•%).
В результате реализации второго многофакторного эксперимента по- лучено уравнение регрессии второго порядка (12), адекватно описывающее зависимость удельного энергопотребления от интервалов расстановки рых- лительных элементов на ДИРО:
Эу =112,1−0,352∆ −0,377∆ −1.075h +0.00239 ∆2 +0.00255 ∆2 +0,2375h2(12) 12Р12Р
В этом случае наилучшая энергоэффективность работы ТПО обеспечива- ется оптимальными значениями таких факторов, как интервал расстановки рых- лительных элементов на ДИРО 1-го ряда Δ1=75°; интервал расстановки рыхли- тельных элементов на ДИРО 2-го ряда Δ2=77° при глубине обработки почвы hp=8 см. При данных значения факторов удельное энергопотребление Эу нахо- дится на уровне 92 г/(ч•%).
По результатам энергооценки (рисунок 12) экспериментального ТПО на весеннем бороновании по задискованному с осени полю при различных скоро- стных режимах работы видно (рисунок 13), что в активном режиме тяговое со- противление орудия на всех рабочих скоростях движения трактора от 7,4 до 12 км/ч было на 5 кН ниже, чем тяговое сопротивление экспериментального орудия в пассивном режиме.
Эу
Рисунок 12 – Проведение энергооценки экспериментального ТПО
Суммарная потребляемая орудием мощность в активном режиме была ниже, чем в пассивном режиме на 15% (рисунок 14). Соотношения распределе- ния потоков мощности в активном режиме были следующие: на скорости 7,4 км/ч 83% мощности направлялось через ВОМ трактора и 17% через тягу; на скорости 9,3 км/ч – 78% и 22% соответственно; на скорости 11 км/ч – 75% и 25% соответственно; на скорости 12,1 км/ч – 73% и 27%, соответственно.
Рисунок 13 – Изменение тягового со- противления экспериментального ТПО в зависимости от рабочей скоро- сти движения при работе без привода рабочих органов и с приводом рабочих органов от ВОМ трактора МТЗ-82.1
Рисунок 14 – Изменение потребляе-
мой мощности экспериментальным ТПО в зависимости от рабочей скоро- сти движения при работе без привода рабочих органов и с приводом рабочих органов от ВОМ трактора МТЗ-82.1
Наиболее полно преимущество по энергоэффективности применения ТПО демонстрируют зависимости часового расхода топлива от рабочей ско- рости движения МТА с экспериментальным ТПО (рисунок 15).
Так, при диапазоне рабочих скоростей от 7,4 до 9,3 км/ч уменьшение часово- го расхода топлива составляет 3,8-4,0%, при диапазоне рабочих скоростей от 9,3 до 11,8 км/ч, уменьшение часового расхода топлива составляет 5,7-7,4%.
Сравнительная оценка влияния весенней обработки почвы предлагае- мым ТПО на сохранение влаги в сравнении с контролем – без обработки почвы, и в сравнении с участком поля, обработанным орудием БИГ-3А, по- казывают преимущество применения поверхностной весенней обработки почвы экспериментальным ТПО (рисунок 16). Влагозапас в почвенном гори- зонте 0…0,30 м к началу посевной на контроле составил 79,4 мм, на участке обработанном БИГ-3А – 81,3 мм, на участке обработанном ТПО – 84,5 мм.
Рисунок 15 – Зависимость часового расхода топлива (кг/ч) от рабочей ско- рости движения (км/ч) МТА с экспери- ментальным ТПО
Рисунок 16 – Диаграмма влагозапаса
пахотного горизонта перед посевом при различных агрофонах: контроль – без весенней обработки, обработка тяговым орудиемБИГ-3А; обработка экспериментальным ТПО
В пятом разделе «Экономическая эффективность применения ТПО» приведены экономические расчеты, подтверждающие эффективность применения экспериментального ТПО для весеннего боронования почвы. При проведении весеннего боронования обеспечивается снижение совокуп- ных затрат денежных средств на 58% в основном за счет получения допол- нительной продукции от повышения количества сохраненной влаги, а также за счет снижения прямых эксплуатационных затрат. Прибавка урожайности яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на 6% (1,2 ц/га) получена за счет большего сохранения почвенной влаги. Годовая экономия совокупных за- трат денежных средств в расчете на 100 часов нормативной загрузки МТА или 250 га обработанной площади составила 177 384 руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. На основе проведенного анализа известных орудий и ротационных рабочих органов для поверхностной обработки почвы разработана конструк- тивно-технологическая схема ТПО с комбинированными ДИРО для весен- ней поверхностной обработки почвы. Технические возможности МТА с ТПО предусматривают повышение КПД, снижение тягового сопротивления ТПО и возможность более ранней весенней обработки почвы.
2. Теоретически установлено, что КПД тягово-приводного МТА выше тягового МТА за счет снижения буксования колес трактора и потерь энергии на перекатывание агрегата. Передача половины мощности через ВОМ тракто- ра позволяет в 2 раза увеличить КПД тягово-приводного МТА и снизить до 40% необходимый тягово-сцепной вес трактора. Также теоретически установ- лено, что рациональное количество игл на комбинированном дисково- игольчатом рабочем органе составляет 12-15 шт., а оптимальный радиус кри- визны рабочей части иглы составляет 370-500 мм для глубины рыхления поч- вы 6-8 см.
3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при допус- тимом буксовании 14%, на почве с влажностью поверхностного слоя 30,3%,трактор МТЗ-82.1 может обеспечить крюковую тягу до 5,1 кН. Разра- ботанное тягово-приводное орудие ТПО с приводом рабочих органов от ВОМ трактора создает тяговое сопротивление около 2 кН, что позволяет его использовать на почвах с влажностью до 30% и начинать весеннюю обра- ботку почвы на 3-5 дней раньше наступления ее физической спелости. Наи- лучшая энергоэффективность Эу работы ТПО на уровне 90 г/(ч•%) при ра- бочей скорости движения агрегата Vp=9,1 км/ч обеспечивается кинематиче- ским параметром 1-го ряда ДИРО K1=1,08; кинематическим параметром 2-го ряда ДИРО K2=1,13, интервалом расстановки рыхлительных элементов на ДИРО 1-го ряда Δ1=75°; интервалом расстановки рыхлительных элементов на ДИРО 2-го ряда Δ2=77° при глубине обработки почвы hp=8 см. Оптималь- ные интервалы можно достичь при расстановке рыхлительных элементов на каждой третьей игле ДИРО с 15 иглами.
4. В результате полевых исследований установлено, что весенняя об- работка почвы разработанным тягово-приводным орудием ТПО, проведен- ная на 3 дня раньше, чем серийным орудием БИГ-3А, позволяет сохранить больше продуктивной влаги в почве. Влагозапас в почвенном горизонте 0…0,30 м к началу посевной составил: на контроле – 79,4мм, на участке об- работанном БИГ-3А – 81,3мм, на участке обработанном ТПО-3 – 84,5мм. Влагозапас увеличился на 5,1 мм в сравнении с контролем. Урожайность яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на участке, обработанном экспе- риментальным ТПО, составила 21,6 ц/га, на участке, обработанном серий- ным орудие БИГ-3А, составила 20,4 ц/га.
5. Производственный эксперимент показал снижение совокупных за- трат денежных средств на 58 % при проведении весеннего боронования ору- дием ТПО, что обеспечивается в основном за счет получения дополнитель- ной продукции, а также за счет снижения прямых эксплуатационных затрат. Прибавка урожайности яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на 6% (1,2 ц/га) получена за счет большего сохранения почвенной влаги. Годовая эко- номия совокупных затрат денежных средств в расчете на 100 часов норма- тивной загрузки или 250 га обработанной площади составила 177 384 руб.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
Использование предлагаемого МТА с ТПО можно рекомендовать КФХ и ЛПХ при возделывании яровых зерновых культур в условиях рискованно- го засушливого земледелия.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ
Дальнейшие исследования целесообразно проводить для выявления конструкций и материалов рабочих органов, способных обеспечить надеж- ную работу в условиях высокой влажности почвы.