Сравнительный анализ культиваторов для предпосевной обработки почвы

Доказано, что с увеличением ширины захвата культиваторной лапы снижается величина удельных затрат энергии на технологический процесс, а снижение удельного тягового сопротивления приводит к уменьшению удельных затрат энергии на технологический процесс. Увеличение ширины захвата культиваторной лапы при фиксирован- ном значении рабочей ширины захвата культиватора приводит к уменьшению удельных затрат энергии, что способствует уменьшению тягового сопротивления агрегата и потребной мощности двигателя трактора. При постоянной рабочей ширине захвата часовая производительность остается неизменной.

Снижение потребной мощности двигателя при фиксированном значении производительности приведет к снижению удельных затрат энергии на технологический процесс. Установлено, что удельные затраты энергии у культиваторной лапы с шириной 0,15 м превышают аналогичный показатель у культиваторной лапы с шириной равной 0,3 м. Величина перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах должна составлять до 25 % от ширины захвата культиваторной лапы. Наибольшие удельные затраты энергии обеспечивает паровой культиватор серии КП,

минимальные удельные затраты энергии – у парового культиватора серии КПК. Ширина культиваторной лапы должна превышать 0,15 м, а величина перекрытия в параллельных рядах устанавливается в зависимости от ширины захвата культиваторной лапы.

На основе анализа комплекса машин для ухода за посевами зерновых культур установлено, что при согласовании рабочей ширины захвата машин по внесению удобрений и опрыскиванию посевов имеется рассогласование при их выборе. Разработано устройство для поверхностного внесения минеральных удобрений, позволяющее существенно снизить величину отражения частиц от плоскости рассеивающего горизонтального диска и лопаток.

Для проведения сплошной культивации хорошо себя зарекомендовали паровые культиваторы серий КПС, КПК, КП и блочно-модульные культиваторы серии КБМ. Эти культиваторы при одинаковой рабочей ширине захвата требуют для агрегатирования с тракторами разной потребной мощности на технологический процесс. При выборе культиватора для сплошной обработки почвы важно подобрать агрегат, который будет обеспечивать энергосберегающий режим выполнения сплошной культивации, что обеспечит снижение затрат на производство продукции. Известные марки паровых культиваторов прошли испытания на МИС и обеспечивают качество обработки почвы, отвечающее агротребованиям.

Цель работы – провести сравнительный анализ удельных затрат энергии на сплошную культивацию для известных марок паровых культиваторов.

Материал и методы исследования . Затраты энергии паровым культиватором зависят от многих факторов, в числе которых ширина и количество культиваторных лап, схема их размещения на раме, глубина обработки, физико-механические свойства почвы и ряд других. Вариант крепления стрельчатой лапы на раме влияет на процесс обработки почвы и имеет две схемы – установку на S-образной гибкой стойке и жесткое крепление на раме в два или три ряда в шахматном порядке. Основное достоинство гибкой стойки – самоочистка от растительных остатков и почвы. В первом ряду устанавливают лапы меньшей ширины захвата, а во втором и последующих рядах – большей ширины

Рис. 1. Зависимость энергоемкости от ширины захвата культиваторной лапы при разной величине удельного сопротивления почвы:

1 – удельное тяговое сопротивление почвы 2,1 кН/м; 2 – удельное тяговое сопротивление почвы 1,8 кН/м; 3 – удельное тяговое сопротивление почвы 1,5 кН/м 81

Рис. 2. Зависимость энергоемкости от величины перекрытия соседних лап при ширине захвата 0,15 и 0,3 м и удельном тяговом сопротивлении 2,1 кН/м

захвата. Величина перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах такова, при которой обеспечивается полублокированное резание, что способствует снижению тягового сопротивления агрегата.

Культиватор блочно-модульный серии КБМ для предпосевной обработки почвы оснащен стрельчатой лапой шириной 0,15 м, установленной на S-образной стойке в три ряда. Величина перекрытия культиваторными лапами в соседних рядах равна 0,04 м (27 %) от рабочей ширины захвата культиваторной лапы. Рекомендуемая скорость движения культиватора – до 12 км/ч. Расстояние между соседними культиваторными лапами в ряду определяется по выражению:

l = b – a, где l – расстояние между соседними лапами в ряду, м;

b – ширина захвата лапы, м;

а – величина перекрытия между культиваторными лапами в соседних рядах, м.

Из данных технической характеристики выпускаемых блочно-модульных культиваторов составлена таблица потребной мощности двигателя трактора в зависимости от конструктивной ширины захвата. Обработка полученных эмпирических данных методом наименьших квадратов позволила Ilk

На основе анализа комплекса машин для ухода за посевами зерновых культур установлено, что при согласовании рабочей ширины захвата машин по внесению удобрений и опрыскиванию посевов имеется рассогласование при их выборе. Разработано устройство для поверхностного внесения минеральных удобрений, позволяющее существенно снизить величину отражения частиц от плоскости рассеивающего горизонтального диска и лопаток.

установить эмпирическую зависимость потребной мощности двигателя трактора от конструктивной ширины захвата культиватора серии КБМ, которая имеет вид:

N = – 86,57 + 51,12В – 2,33B2, где N – мощность двигателя трактора, л.с.;

В – ширина захвата агрегата, м.

Относительная погрешность полученной зависимости не превышает 4 %.

Культиваторы для сплошной предпосевной обработки почвы марок КПС-4, КПС-5 и КПС-8 комплектуются культиваторными лапами шириной захвата 0,27 м и 0,33 м и устанавливаются на грядилях в два ряда. Расстояние между рабочими органами в параллельных рядах равно 0,25 м. Рекомендуемая скорость движения – до 12 км/ч. Двухрядная расстановка рабочих органов на раме культиватора, как известно, приводит к работе лап первого ряда в режиме блокированного резания, а второго ряда – в режиме полублоки-рованного.

Культиватор комбинированный предпосевной КПК-8 имеет 42 пружинных S-образных стойки, установленные в три ряда. На каждой пружинной стойке установлена культиваторная лапа шириной 0,33 м. Перекрытие лап в соседних рядах равно 0,065 м и составляет 19,7 % от ширины захвата культиваторной лапы. Рекомендуемая скорость движения культиватора серии КПК – до 10 км/ч. Культиваторные лапы на раме размещены по комбинированной схеме. Такая схема установки лап на раме орудия позволяет сократить кинематическую длину агрегата.

Культиватор паровой предпосевной серии КП оснащен культиваторными лапами шириной 0,25 м, они установлены на подпружиненных стойках в пять рядов. Первые два ряда и последние два ряда стоек размещены по комбинированной схеме. Средний ряд обеспечивает величину перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах. Рекомендуемая скорость движения – до 12 км/ч.

Данные технической характеристики потребной мощности двигателя трактора от рабочей ширины захвата культиватора серии КП обработаны методом наименьших квадратов, что позволило установить зависимость:

N = 28,99B -13,95.

Относительная погрешность значений потребной мощности двигателя трактора от рабочей ширины захвата для расчетных и фактических значений не превышает 3 %.

Результаты исследования. Тяговое сопротивление культиватора определяется по известной формуле:

R = bnk (1), где R – тяговое сопротивление парового культиватора, кН;

b – ширина захвата культиваторной лапы, м;

n – общее количество культиваторных лап;

k – удельное сопротивление рабочих органов культиватора, кН/м.

Сравнительную оценку использования средств механизации для поверхностной обработки почвы целесоо-

Таблица 1. Показатели работы культиваторов для предпосевной обработки почвы

Марка культиватора Ширина захвата агрегата, м Ширина захвата лапы, м Общее количество рабочих органов Кол-во рядов Тяговое сопротивление культиватора, кН Перекрытие между лапами, м Удельные затраты энергии на обработку, кВтч/га КПК-4 3,95 0,33 15 3 10,4 0,065 7,57 КПС-4 4 0,33 15 2 10,4 0,080 9,63 КП-4 3,84 0,25 24 5 12,6 0,09 11,39 КПС-5 5,0 0,33 20 2 13,9 0,080 9,63 КП-5,5 5,5 0,25 34 5 17,9 0,090 11,39 КБМ-6 5,66 0,15 54 3 17,0 0,040 9,94 КП-7 7,0 0,25 44 5 23,1 0,09 11,39 КПК-8 7,97 0,33 30 3 20,8 0,065 7,57 КБМ-8 8,0 0,15 72 3 22,7 0,04 9,94 бразно проводить по величине удельных затрат энергии на технологический процесс. Величина этого показателя определяется по формуле:

_Э N кр

Эу= W , где Эу – удельные затраты энергии на выполнение сплошной культивации, МДж;

N_кр – потребная тяговая мощность на рабочий ход агрегата, кВт;

W – часовая производительность агрегата, га/ч.

Ширина захвата парового культиватора зависит от количества культиваторных лап и определяется по выражению:

B = l n (3),

Часовая производительность культиваторного агрегата зависит от ширины захвата, скорости движения и коэффициента использования времени смены и определяется по известной формуле:

W = 0,1 l n v β τ, (4)

где v – рабочая скорость движения культиватора, км/ч;

β – коэффициент использования рабочей ширины захвата, для парового культиватора – β = 0,96;

τ – коэффициент использования времени смены, τ = 0,8.

Известно, что величина потребной мощности двигателя трактора на рабочий ход агрегата определяется по выражению:

Rv

^N= 3,6 ,

Энергоемкость процесса обработки почвы культиваторной лапой с учетом ранее представленных выражений составит:

bk

^Эу= 0,36(b–a) βτ .

Выражение (6) определяет влияние технологических и конструктивных параметров парового культиватора на удельные затраты энергии культиваторного агрегата, а показатели их работы представлены в таблице 1.

На рисунке 1 представлена зависимость энергоемкости сплошной культивации от ширины захвата культиваторной лапы при разных значениях тягового сопротивления.

При построении графика, представленного на рисунке 1, принято, что величина перекрытия культиваторных лап в соседних рядах составляет 0,04 м. Из представленного графика следует, что увеличение ширины захвата культиваторной лапы при фиксирован-

ной ширине перекрытия и постоянной величине удельного тягового сопротивления сопровождается пропорциональным снижением удельных затрат энергии на рабочий ход. Для культиватора с постоянной шириной захвата при увеличении ширины культиваторной лапы пропорционально снижается их количество. Это приводит к снижению тягового сопротивления и, соответственно, к уменьшению потребной мощности двигателя трактора. Часовая производительность культиваторного агрегата при постоянном значении рабочей ширины захвата и скорости движения в пределах агротребований остается неизменной. Это приводит к пропорциональному снижению удельных затрат энергии на технологический процесс. Поэтому для культива-

Основное достоинство гибкой стойки – самоо-чистка от растительных остатков и почвы. В первом ряду устанавливают лапы меньшей ширины захвата, а во втором и последующих рядах – большей ширины захвата. Величина перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах такова, при которой обеспечивается полубло-кированное резание, что способствует снижению тягового сопротивления агрегата.

торов с одинаковой рабочей шириной захвата, но с большей рабочей шириной культиваторной лапы удельные затраты на технологический процесс будут меньше.

По рисунку 1 можно сделать второй вывод: при постоянной ширине культиваторной лапы снижение удельного тягового сопротивления приведет к снижению удельных затрат энергии на технологический процесс.

На рисунке 2 представлена зависимость величины удельных затрат энергии на технологический процесс от величины перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах.

На графике 2 показано, что при фиксированном значении величины перекрытия удельные затраты энергии для культиваторной лапы с шириной 0,15 м выше, чем для культиваторной лапы с шириной 0,3 м. При величине перекрытия более 0,06 м наблюдается интенсивный рост затрат энергии для культиваторной лапы с шириной 0,15 м. При величине перекрытия равной 0,1 м удельные затраты энергии у культиваторной лапы с шириной 0,3 м вдвое меньше, чем аналогичные затраты у культиваторной лапы с шириной 0,15 м.

Причина заключается в том, что величина перекрытия 0,1 м для культиваторной лапы составляет 67 % от ширины захвата, а для культиваторной лапы шириной 0,3 м – 33 %.

Известно, что величина перекрытия культиваторных лап зависит от харак- тера их крепления на раме. При жестком креплении в грядиле величина перекрытия рекомендуется в интервале 0,025 – 0,045 м, при шарнирном креплении величина перекрытия рекомендуется в интервале 0,040 – 0,080 м.

На основе проведенного исследования можно сделать следующие выводы :

• •    культиваторы серии КП имеют энергоемкость обработки 11,39 кВтч/га, культиваторы блочно-модульные серии КБМ обеспечивают энергоемкость обработки 9,94 кВтч/га, паровой культиватор серии КПС – 9,63 кВтч/га, культиватор паровой комбинированный серии КПК – 7,57 кВтч/га;

• •    увеличение величины перекрытия более оптимального значения сопровождается увеличением удельных затрат энергии на технологический процесс;

• •    величина перекрытия в параллельных рядах зависит от ширины культиваторной лапы и выбирается таковой, чтобы обеспечивалось полублокиро-ванное резание;

• •    величина перекрытия культиваторных лап в параллельных рядах не должна превышать 26 % от ширины культиваторной лапы.

Е.В. Припоров, канд. техн. наук;

И.Е. Припоров, канд. техн. наук;

Г.Е. Самурганов, магистрант

ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ f