Результаты экспериментальных исследований использования прикатывающего машинно-тракторного агрегата

Получение хорошего урожая во многом зависит от своевременного и качественного выполнения всех работ, предусмотренных агротехнологическими требованиями и технологией производства сельскохозяйственной продукции. Одной из таких работ является прикатывание почвы. Этот вид сельскохозяйственной операции служит для создания нормальных условий для быстрой всхожести семенного материала. Анализ ранее проведённых исследований [1], посвящённых вопросу прикатывания почвы, позволил выделить основные требования к данной операции:

– обеспечение оптимального взаимодействия между посевным материалом и почвой:

– снижение времени на набухание семенного материала;

– улучшение прорастания семенного материала.

Оптимизация глубины заделки семян в почву:

– выдерживание оптимальной глубины высева.

Стабилизация влагосодержания почвы:

– уменьшение потерь влаги, находящейся в парообразном состоянии;

– способствование сохранению влажности почвенного горизонта на глубине нахождения семенного материала.

Поддержание температурного режима почвы:

– улучшение прогревание почвы;

– лучшее сохранение температурного режима почвы.

Обеспечение оптимальной нагрузки на прикатывающий орган:

– 400…500 кг на 1 метр прикатывающего органа.

Наиболее наглядно главное предназначение технологической операции прикатывания почвы – обеспечение условий для оптимального прорастания семенного материала представлено на рис. 1.

Анализируя рис. 1, необходимо отметить: во многом качество данной операции напрямую зависит от величины оптимальной нагрузки, приходящейся на рабочий орган прикатывающего агрегата. При этом данная нагрузка должна изменяться в зависимости от первоначальных физико-механических характеристик почвы. Иными словами, данная нагрузка должна изменяться в необходимых пределах без использования дополнительного балластирования и автоматически поддерживаться в процессе работы прикатывающего агрегата [2–4].

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)

AGROENGINEERING

Рис. 1. Назначение технологической операции – прикатывание почвы

Цель исследования – повышение эффективности процесса прикатывания почвы.

Задача:  выявить влияние конструктивно–технологических параметров на величину нагрузки, приходящейся на рабочий орган прикатывающего агрегата.

Материалы и методы

Адекватность проведенных исследований проверяется совпадением теоретических и экспериментальных наблюдений, проведенных в реальных производственных условиях. Исследования проводились на полях ООО «Казанское» Амурской области в период 2024…2025 гг. Природно-климатические и производственно-хозяйственные условия хозяйства характерны для большинства хозяйств региона [5; 6]:

– почва луговая чернозёмновидная, имеющая механический состав – суглинок средней тяжести;

– исследования проведены на участках с углом наклона поверхности в пределах не более двух процентов.

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)

AGROENGINEERING

Для определения силового воздействия на движители энергетического средства и рабочих органов сельскохозяйственного агрегата (прикатывающего) использовались электронные весы (МВСК) у, которых предел взвешивания составлял до 10 т [7–9].

Во время проведения проверки непосредственно в реальных производственных условиях придерживались рекомендаций:

– требования ГОСТ 24059 – 802017. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки;

– требования ГОСТ 30745 – 2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы определения тяговых показателей.

При проведении проверки в реальных условиях эксплуатации объектом исследования был взят прикатывающий машинно-тракторный агрегат, состоящий из колёсного трактора класса 1,4 и трёхзвенного водоналивного гладкого катка 3КВГ, на котором был установлен автоматический корректор нагрузки на рабочий орган прикатывающего агрегата (рис. 2). Корректирование силового воздействия на каток обеспечивалось за счёт снижения силового воздействия на опорные поверхности силового агрегата.

Предлагаемое устройство состоит из силового гидроцилиндра (заменено в опорном кронштейне на фронтальной части рамы катка ниже его сницы), тросового соединения с проушинами, одна из которых связана с силовым гидроцилиндром, а другая с кронштейном, установленным на заднем мосту трактора через пружинный компенсатор.

Рис. 2. Объект проводимых исследований в реальных условиях эксплуатации

Поддержание постоянного силового воздействия на каток обеспечивалось догружателем (пружинный компенсатор). Ознакомиться с предлагаемым устройством « Автоматический корректор нагрузки на рабочий орган прикатывающего агрегата» можно в работе [10].

Производственные исследования проводили для двух режимов – стационарного и динамического с изменением выхода штока гидроцилиндра, изменением нагрузки в тросовом соединении и опорной поверхности энергетического средства (трактора).

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)                                                              AGROENGINEERING

Результаты исследований и их обсуждение

Основа работы данного устройства, на которое получен патент РФ, заключается в возможности регулировать силовое воздействие между опорными поверхностями энергетического средства и сельскохозяйственного агрегата. Для выявления конструктивно-технологических параметров на силовое воздействие, приходящееся на опорные поверхности машинно-тракторного агрегата (МТА), использовался принцип ортогонального центрального композиционного эксперимента. На основе экспериментальных исследований и проверки факторов на значимость применена методика отсеивающего эксперимента. В качестве независимых факторов определены основные параметры, от которых зависят критерии оптимизации и уровни их варьирования. За входные факторы взяты:

Gэс – силовое воздействие на опорные поверхности энергетического средства (   , кН;

l – изменение геометрического параметра длины выхода штока гидроцилиндра , м;

с – нагрузка в тросовом соединении (      .

Результирующий показатель:

G сц – нагрузка, приходящаяся на 1 м рабочего органа прикатывающего агрегата (   , кН.

На основании полученных данных установлено, что исследуемые параметры должны иметь три уровня варьирования, так как функция отклика имеет нелинейный характер (таблица).

Условия проведения опытов

Фактор	^1	X?	*1
Верхний уровень (+1)	2,5	0,30	0,4
Основной уровень (0)	2,3	0,175	0,25
Нижний уровень (–1)	2,1	0,05	0,1

Составили матрицу планирования эксперимента, проведя рандомизированные опыты. Воспроизводимость опытов проверяли по критерию Кохрена при выбранном уровне значимости (∞ = 0,05) определением среднего значения в каждой точке факторного пространства. Оценку влияния конструктивно-технологических параметров на нагрузку, приходящуюся на 1 м рабочего органа прикатывающего агрегата с учетом условия ортогональности модели, проводили по формуле (1)

Y^(X 1 , ^ 2 , ^X3 ) = ^b0 + b i X i + IJ 2 X 2 + 1) 3 X 3 + 1) 12 X 1 X 2 + Ь 1з X 1 X 3 +

^{+ b}23^X2^X3 + ^bi23^X1^X2 ^X3 + ^bii⁽ Х 2 - ( ^X1 D + ^b22^(X2 - ( ^X2 )) + + ^Ь3з ( ^Х2 - ( ^X3 ))•    ⁽¹⁾

Используя критерий Стьюдента, рассчитали статистическую значимость коэффициентов регрессии. По критерию Фишера проверили адекватность математической модели

K(X 1 ,X ₂ ,X ₃ ) = 4,073315 + 0,631374X 1 + 0,15936X 2 -

-0,121001X 2 + 0,27062X 2                       (2)

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)

AGROENGINEERING

• * 1 = —   5^е* - ^11,5 ;

• * 2 = ^ = 8'- 14;  \                   (3)

• * 3 = « 67с ^- 1,7. ,

Перейдя к исходным физическим переменным (3), в раскодированном виде уравнение (2) имеет вид

Ж_эс ,', с) = 4,073315 + 0,631374(5С _эс - 11,5) +

+0,15936(5С _эс - 11,5) 2 - 0,121001(8' - 14)² + 0,27062(6,7с - 1,7)².  (4)

Математические преобразования позволили упростить уравнение (4)

У(С _эс ,', с) = 0,81 + 2,8с + 14С _эс + 3,5С _эс ² + 1,68' - 4,54'².              (5)

C целью прогнозирования результатов эксперимента представим поверхности отклика удельного силового воздействия на прикатывающий агрегат (рис. 3-5).

Рис. 3 . Взаимосвязь силового воздействия на прикатывающий агрегат от длины выхода штока гидроцилиндра и нагрузки в тросовом соединении (при G эс = 2,3 кН)

При заданном значении веса повышение силового воздействия органа прикатывающего агрегата происходит равномерно при увеличении нагрузки в тросовом соединении до 19% в заданном диапазоне активного эксперимента. Наряду с этим увеличение длины выхода штока гидроцилиндра позволяет достичь максимального значения искомой величины при значении l = 0,25м, дальнейшее движение штока не дает желаемого результата. Удельная нагрузка может увеличиться на 28% при оптимальном значении длины выхода штока гидроцилиндра.

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)

AGROENGINEERING

Рис. 4. Взаимосвязь силового воздействия на прикатывающий агрегат от нагрузки в тросовом соединении и веса, приходящегося на ведущие опорные поверхности энергетического средства (при l = 0,175 м)

Экспериментальные исследования показали (рис. 4): наибольшее приращение нагрузки, приходящейся на 1 м рабочего органа прикатывающего агрегата в рассматриваемых диапазонах при постоянной длине выхода штока гидроцилиндра, достигается за счет увеличения веса на ведущие опорные поверхности энергетического средства до 26%. Повышение нагрузки в тросовом соединении в исследуемом диапазоне позволяет увеличить удельную нагрузку до 7% на каток. Увеличение силового воздействия на каток до 28% достигается установкой нагрузки в тросовом соединении С = 4,38кН и веса, приходящегося на ведущие опорные поверхности энергетического средства, G сц = 2,5кН.

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)

AGROENGINEERING

Рис. 5. Взаимосвязь силового воздействия на прикатывающий агрегат от длины выхода штока гидроцилиндра и веса, приходящегося на ведущие опорные поверхности энергетического средства (при с = 0,25 м)

Анализируя полученные данные, отметим, что при фиксированном значении нагрузки в тросовом соединении повышение веса на ведущие опорные поверхности энергетического средства в заданном диапазоне позволяет увеличить удельную нагрузку прикатывающего агрегата равномерно до 18%. Максимальное значение исследуемой величины достигается при длине выхода штока гидроцилиндра 25 см и веса, приходящегося на ведущие опорные поверхности энергетического средства, 2,5кН и достигает 5,1 кН.

Заключение

В результате производственной проверки получены результаты:

• –    применение предлагаемого устройства даёт возможность изменять нагрузку, приходящуюся на рабочий орган прикатывающего агрегата;

• –    использование предлагаемого устройства позволяет регулировать плотность почвы в зависимости от возделываемой культуры и физико-механических свойств почвы;

• –    максимальная нагрузка, приходящаяся на рабочий орган прикатывающего агрегата, составляет 5,1 кН при длине выхода штока 0,25 м.

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 4 (60)