Энергетическая оценка технологического процесса послойной безотвальной обработки почвы

Введение. Как известно безотвальная обработка почвы - это технологический приём рыхления орудиями, не оборачивающими пласт, который применяется при осенней основной глубокой и мелкой обработке, при обработке паров и весенней предпосевной подготовке почвы. Основной вопрос сводится к комбинации глубокой и мелкой обработке почвы рабочими органами за один проход почвообрабатывающей машины с целью выполнения послойного рыхления.

В институте ФГБНУ СКНИИМЭСХ на протяжении многих лет занимаются вопросами обработки почвы комбинированными агрегатами, состоящими из блоков рабочих органов, выполняющих рыхление на разную глубину и с различной степенью крошения пласта за один проход, т.е. послойное рыхление. Основателями подобного направления в нашем институте явились Кириченко А.С., Осенний В.Г., Зинчук П.О. и другие ученые. Далее это направление было развито в работах Терещенко И.С., Лаврухина В.А., Богомягких В.А., Боготопова В.И., Рыкова В.Б., Таранина В.И., Щирова В.Н., Пархоменко Г.Г. [1,2].

Учитывая развитие вопроса послойной безотвальной обработки почвы и фундамент исследований, заложенный другими учеными в этой области, нами были разработаны усовершествованные рабочие органы для послойной безотвальной обработки почвы на основе прототипа КАО. Разработанные рабочие органы включают в себя стойку с установленным на ней долотом –для глубокого рыхления и различными вариантами элементов для мелкого рыхления:

эллиптический рыхлитель, плоскорезная лапа с переменным углом резания и стрельчатая лапа. Варианты разработанных рабочих органов и прототип приведены на рисунке 1 [3,4,5,6,7,8].

б)

а)

в)

г)

Рисунок 1 – Варианты разработынных рабочих органов для послойной безотвальной обработки почвы а – прототип КАО; б – с эллиптическим рыхлителем;

в – с плоскорезной лапой с переменным углом резания; г – со стрельчатой лапой

Основная часть. Экспериментальные исследования проводились на опытном поле ФГБНУ СКНИИМЭСХ. В исследовании использовались: лабораторная установка, позволяющая сымитировать реальный процесс работы машины, агрегатируемая с трактором Т-150К. Исследования проводились на различных фонах (черный пар, стерня зерновых), на различную глубину рыхления и с различной скорость движения трактора. Для определения тягового сопротивления использовано унифицированное тензозвено, рассчитанное на нагрузку 3т. Звено являлось первичным элементом измерительного канала включавшего плату сопряжения, усилитель МДУ-8, плату АЦП ЛА-50 и переносной PC.

Анализ экспериментальных данных позволил установить, что наибольшее тяговое сопротивление возникает при функционировании рабочего органа со стрельчатой лапой. Увеличение тягового сопротивления данного рабочего органа по сравнению с прототипом (КАО) обусловлено характером резания в блокированной среде, поскольку лапа движется в неразрушенном пласте почвы.

Наименьшим тяговым сопротивлением по сравнению с аналогами обладает рабочий орган с эллиптическим рыхлителем. Тяговое сопротивление данного рабочего органа больше, чем у прототипа на 10%, что обусловлено введением в конструкцию дополнительного элемента.

При функционировании рабочего органа с плоскорезной лапой с переменным углом резания тяговое сопротивление повышается по сравнению с вышеуказанным (с эллиптическим рыхлителем), что объясняется наличием в конструкции прямолинейной режущей кромки. Однако, возникающие при его функционировании деформации изгиба за счет переменного угла резания, способствуют некоторому снижению тягового сопротивления по сравнению с плоскорезной лапой таблицы 1, 2.

Примечание:      – варианты для сравнения, предлагаемых рабочих органов с прототипом.

Таблица 1 – Среднее тяговое сопротивление рабочих органов для послойной обработки почвы (фон – черный пар) для различных режимов функционирования

Вариант рабочего органа Режимы работы Тяговое сопротивление, кН Скорос ть, м/с Глубин а, см Среднее, кН Среднее квадратическ ое отклонение, ± кН 1 2 3 4 5 Прототип (КАО) 2,63 29,1 3,09 0,81 2,50 28,4 2,99 1,07 1,92 29,0 2,92 1,04 2,50 34,8 3,30 0,93 2,17 35,1 3,10 1,18 1,92 34,5 3,08 1,09 продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5
С плоскорезной лапой с переменным углом резания	2,50	25,1	3,44	1,19
	2,17	25,0	3,41	1,20
	2,0	24,1	3,38	1,11
	2,50	34,5	3,55	0,99
	2,17	34,8	3,52	1,10
	2,0	35,3	3,50	0,84
С эллиптически м рыхлителем	2,63	37,2	3,39	1,0
	2,50	37,3	3,34	0,99
	2,08	36,9	3,26	0,82
	2,94	26,0	3,20	0,93
	2,17	26,2	2,99	0,98
	2,0	25,8	2,90	0,73
Со стрельчатой лапой	2,63	20,9	3,86	0,96
	2,50	21,5	3,82	1,95
	2,38	22,3	3,78	0,99
	1,06	32,3	3,80	0,92
	2,17	31,4	3,85	1,06
	1,92	30,1	3,81	1,10

Таблица 2 – Среднее тяговое сопротивление рабочих органов для послойной обработки почвы (фон – стерня зерновых) для различных режимов функционирования

Вариант рабочего органа Режимы работы Тяговое сопротивление, кН Скорость, м/с Глубина, см Среднее, кН Среднее квадратическое отклонение, ± кН 1 2 3 4 5 Прототип (КАО) 2,38 26,4 2,97 1,33 продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5
С плоскорезной лапой с переменным углом резания	2,23	26,4	3,50	1,18
	2,17	25,4	3,45	1,10
	2,0	25,1	3,40	1,17
	2,50	30,6	3,55	1,19
	2,20	30,9	3,50	1,24
	1,92	31,2	3,49	1,20
С эллиптическим рыхлителем	2,38	25,0	3,19	0,97
	2,08	24,5	3,0	1,0
	2,0	24,9	2,96	0,94
	2,50	31,0	3,27	1,14
	2,38	31,4	3,25	1,18
	1,95	35,0	3,25	1,10
Со стрельчатой лапой	2,21	26,0	3,80	1,39
	2,27	25,6	3,81	1,31
	2,0	25,4	3,80	1,40

Сравнение рабочего органа с эллиптическим рыхлителем и прототипа свидетельствует о том, что их тяговое сопротивление изменяется незначительно (в пределах ошибки опыта).

По полученным данным были построены обобщающие графики зависимости тягового сопротивления рабочих органов от режимов работы (глубины и скорости) на различных фонах которые представлены на рисунке 2.

Анализ данных показывает, что тяговое сопротивление возрастает с увеличением скорости. Интенсивность влияния скорости на тяговое сопротивление в свою очередь проявляется в наибольшей степени с увеличением глубины обработки почвы. Прямолинейность функциональной зависимости тягового сопротивления от скорости рабочих органов подтверждается коэффициентом корреляции близким к единице.

Получены следующие выражения (1, 2, 3, 4), раскрывающие взаимосвязь тягового сопротивления ( y ) со скоростью ( x ) агрегата при функционировании рабочего органа с эллиптическим рыхлителем на различных фонах в зависимости от глубины обработки почвы:

y = 0,304 x + 2,307 , (пар 25,8 — 26,2 см)

y = 0,211 x + 2,818 , (пар 36,9 - 37,3 см) y = 0,613 x + 1,730 , (стерня 24,5 - 25,0 см) y = 0,026 x + 3,195 , (стерня 31,0 - 35,0 см)

Рисунок 2 - Зависимость тягового сопротивления рабочих

органов от скорости агрегата

1 – с эллиптическим рыхлителем; 2 – с плоскорезной лапой с переменным углом резания; 3 – со стрельчатой лапой

Заключение. В результате проведенных исследований было установлено, что тяговое сопротивление рабочего органа с эллиптическим рыхлителем (2,9-3,3 кН) меньше, чем у аналогов, так с плоскорезной лапой с переменным углом резания тяговое сопротивление составляет (3,38-3,55 кН), со стрельчатой лапой соответственно (3,78-3,86 кН).

Полученные результаты исследований позволяют сделать вывод о целесообразности применения рабочего органа с эллиптическим рыхлителем при выполнении технологической операции послойной безотвальной обработки почвы, ввиду снижения энергозатрат при использовании этого рабочего органа на раме прототипа КАО.

Помимо этого рабочий орган с эллиптическим рыхлителем обеспе чивает наилучшее качество послойной безотвальной обработки 16

почвы [9] и его применения наиболее экономически целесообразно [10].