Харківський національний технічний університет

сільського господарства імені Петра Василенка

Слинько Олег Павлович

УДК 631.333

Обґрунтування технологічного процесу та параметрів комбінованого культиватора для обробітку просапних культур

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті

Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Михайлович Ярослав Миколайович,

Національний аграрний університет, декан механіко-технологічного факультету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Морозов Іван Васильович,

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка професор кафедри сільськогосподарських машин;

кандидат технічних наук, доцент

Сало Василь Михайлович,

Кіровоградський національний технічний університет,

декан факультету сільськогосподарського машинобудування.

Провідна установа: Львівський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України,

кафедра управління проектами та безпеки виробництва в АПК, м. Дубляни Жовківського району Львівської області.

Захист відбудеться 21 вересня 2006 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.832.01 у Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий „ 21 „ серпня 2006 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.64.832.01

докт. техн. наук, професор

О.Д. Черенков

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Просапні культури займають близько третини посівних площ України, що складає майже 10 мільйонів гектарів. Вони характеризуються найбільш високою трудомісткістю вирощування у рослинництві, а тому потребують розробки і застосування високопродуктивних й екологічно безпечних засобів механізації, зокрема для виконання технологічних процесів з догляду за рослинами. Одним з найбільш ефективних методів боротьби з бур’янами в посівах просапних культур є агротехнічний, який базується на механічному обробітку грунту, й здійснюється у початковий період їх росту за допомогою просапних культиваторів.

Якість роботи просапних культиваторів, залежить, в першу чергу, від ширини захисної зони рядка. Під час виконання міжрядного обробітку грунту існуючі просапні культиватори УСМК-5,4; КФ-5,4; КРН-4,2 та інші забезпечують виконання механізованої технологічної операції при ширині захисної зони, що співмірна з шириною міжрядь. З 45 см ширини міжряддя до 25 см, тобто більше половини поверхні поля, не вдається обробити в процесі догляду за такими культурами, як цукровий буряк, румекс, шавнат і т.п. При ширині міжрядь 70 см (кукурудза, соняшник і т.п.) захисна зона рядка сягає до 30 см. Отже, неякісний механічний обробіток проводять на площі близько 5 млн. га або відмовляються від нього на користь застосування гербіцидів. Спроби використання ротаційних борінок для обробітку грунту в захисних зонах (культиватори „Плай-М”, КРН-5,6Р тощо) засвідчили перспективність розвитку даного напряму, проте у випадках складного рельєфу призводили до періодичного пошкодження посівів. Тема роботи є актуальною, бо спрямована на підвищення якості механізованого обробітку ґрунту у захисних зонах просапних культур й екологізацію рослинництва в сучасних умовах господарювання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що складають основу дисертаційної роботи, виконані відповідно до державної тематики науково-дослідних робіт Національного аграрного університету за темами №110/87-ПР „Розробити ресурсозберігаючі технології і технічні засоби виробництва сільськогосподарської продукції для нехарчових цілей” (ДР 0102U006205, 2002-2006 рр.) та №110/107-ПР “Обґрунтувати технологічні процеси і розробити технічні засоби виробництва біодизельного палива на основі продукції рослинництва”(ДP 0104U003798, 2004-2006 рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності роботи просапного комбінованого культиватора шляхом забезпечення обробітку захисних зон нахиленими ротаційними робочими органами.

Для досягнення даної мети визначені такі завдання досліджень:

- проаналізувати технології та технічні засоби обробітку грунту та розробити концепцію механізованого обробітку грунту в захисних зонах просапних культур;

- розробити механіко-математичні моделі взаємодії робочого органу комбінованого культиватора ротаційного типу з ґрунтом при обробітку захисних зон просапних культур;

- визначити вплив основних конструктивно-технологічних параметрів та режимів роботи робочого органу ротаційного типу комбінованого культиватора на показники агротехнічної якості виконання технологічної операції догляду за просапними культурами;

- обґрунтувати раціональні конструктивно-технологічні параметри комбінованого культиватора з робочими органами ротаційного типу;

- провести порівняльну оцінку роботи комбінованого культиватора обладнаного робочими органами ротаційного типу з серійними аналогами та визначити їх техніко-економічну ефективність.

Об’єкт досліджень – робочий процес механізованого обробітку грунту в захисних зонах просапних культур та параметри робочих органів ротаційного типу (РОРТ) комбінованого культиватора.

Предмет досліджень – залежності показників якості виконання робочого процесу механізованого обробітку грунту у захисних зонах просапних сільськогосподарських культур від конструктивно-технологічних параметрів РОРТ, швидкості руху МТА та робочої глибини.

Методи досліджень – теоретичні дослідження проведені із застосуванням методів механіко-математичного і фізичного моделювання, землеробської механіки, чисельного розв’язку задач з використанням ПЕОМ. Аналіз математичних моделей здійснено за допомогою прикладних програм на ПЕОМ. Лабораторно-польові дослідження проведено з використанням методики планування експерименту, за загальними й окремими методиками з використанням оригінального лабораторного обладнання та лабораторно-польової установки для досліджень комбінованого культиватора з нахиленими РОРТ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше розроблено механіко-математичну модель руху зубів РОРТ, нахиленого до поверхні захисної зони рядка у двох площинах та визначено вплив конструктивно-технологічних параметрів на показник нерівномірності обробітку захисної зони по ширині [3, 10];

- здійснено силовий аналіз взаємодії робочих органів комбінованого культиватора з ґрунтом з урахуванням ступеня нерівномірності його ходу по глибині в поздовжньо-вертикальній площині та обґрунтовані технологічні параметри і режими роботи ґрунтообробного агрегату [2, 4, 10];

- обґрунтовано імовірнісну математичну модель руху зубу РОРТ в захисній зоні рядка з урахуванням чотирьох послідовних станів процесу взаємодії його з ґрунтом та обумовлено ймовірність пошкодження культурних рослин РОРТ [7, 8, 9].

Практичне значення одержаних результатів.

Обґрунтовано раціональні конструктивно-технологічні параметри просапного комбінованого культиватора з нахиленими ротаційними робочими органами, що забезпечують зменшення механізовано необробленої площі поверхні поля на 40-60% в залежності від вирощуваної просапної сільськогосподарської культури.

Проведено оцінку якості роботи РОРТ комбінованого культиватору в процесі обробітку захисних зон при вирощуванні соняшнику та кукурудзи. Визначено експериментальні залежності, що характеризують вплив конструктивно-технологічних параметрів та режимів роботи комбінованого культиватора на ступінь пошкодження культурних рослин та повноту знищення бур’янів в захисних зонах.

В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень на базі КРН-4,2 розроблено комбінований культиватор, додатково обладнаний нахиленими робочими органам ротаційного типу для обробітку захисних зон просапних культур, який впроваджено в конструкціях нових ґрунтообробних машин на ВАТ „Галещина, машзавод”.

Високу техніко-економічну ефективність запропонованого просапного комбінованого культиватора, що додатково забезпечує механізований обробіток захисних зон нахиленими ротаційними робочими органами, встановлено у процесі його науково-виробничої апробації в сільськогосподарських підприємствах „Злагода” та „Орданівське” Полтавської області. Розрахунковий річний економічний ефект від застосування нового комбінованого культиватора складає від 3300 до 9740 грн. у залежності від вирощуваних сільськогосподарських культур.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримані автором особисто. В опублікованих працях, що написані у співавторстві особистий внесок наступний: [1, 4, 5] - проведено аналіз технологій та технічних засобів міжрядного обробітку та на його основі виявлено недоліки щодо обробітку міжрядь та захисних зон просапних сільськогосподарських культур; [3, 10] - розроблено механіко-математичні моделі взаємодії робочого органу ротаційного типу комбінованого культиватора з ґрунтом при обробітку захисних зон просапних культур; [2, 3, 8, 9] - розроблена методика лабораторних, лабораторно-польових досліджень та науково-виробничої апробації РОРТ; проведено основні етапи досліджень та оброблено їх результати; обґрунтовано параметри і режими роботи РОРТ на просапному культиваторі. Технічне рішення захищене патентом України [11], у якому автором запропонована основна конструктивно-технологічна схема ґрунтообробної машини.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на міжнародних науково-технічних конференціях: “Універсальна мобільна енергетика, модульно-блочна техніка і прогресивні механізовані технології в сільськогосподарському виробництві 21 століття” (УкрЦВТ, смт. Дослідницьке, 2000 р.); “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ ІМЕСГ, смт. Глеваха, 2001 р.); “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (ХДТУСГ, м. Харків, 2001 р.); “Проблеми застосування технологій точного землеробства в АПК” (НАУ, м. Київ, 2002, 2005 рр.); “Технічний прогрес в сільськогосподарському виробництві” ННЦ ІМЕСГ, смт. Глеваха, 2002 р.); „Екобіотехнології і біопалива в АПК” (НАУ, м. Київ, 2004, 2006 рр.).

Публікації. За темою та матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 друкованих праць, з яких 7 статей (в тому числі 2 одноосібні) у наукових фахових виданнях. Одержано 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 125 найменувань та 5 додатків. Повний обсяг роботи становить 253 сторінки (основна частина 146 сторінок), містить 60 рисунків, 51 таблицю та 90 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет і методи досліджень, завдання, які розв’язані в роботі. Визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів досліджень з обґрунтування параметрів і режимів роботи просапного комбінованого культиватора з нахиленими ротаційними робочими органами, а також подано коротку характеристику роботи.

У першому розділі проведено аналіз технологій та технічних засобів міжрядного обробітку ґрунту, наведено огляд літературних джерел і патентної інформації у галузі розробки та досліджень машин і механізмів для обробітку захисних зон просапних культур, дана їх порівняльна характеристика.

Вагомий внесок у питання розробки технологій і технічних засобів обробітку ґрунту зробили відомі вчені П.М. Василенко, Л.В. Погорілий, М.Н. Нагорний, А.С.Кушнарев, М.К. Лінник, Я.С.Гуков, В.С. Глуховський, І.А.Шевченко, Л.Ф.Бабіцький, В.М Булгаков, В.Ф. Пащенко та інші. Питаннями дослідження механіко-математичних моделей взаємодії робочих органів з ґрунтом займалися вчені: В.П. Горячкін, В.А. Желіговський, П.М. Заїка, Г.Н. Сенєоков, І.В.Морозов, О.В.Сидорчук, А.Н. Панченко, П.В. Сисолін, А.Т.Лебедєв, В.М.Сало, Я.М. Михайлович, В.О. Дубровін, В.І. Корабельський та інші.

У результаті проведеного аналізу літературних джерел, патентної інформації з урахуванням ситуації екологічного землеробства, визначені питання, які недостатньо вивчені. Насамперед, це стосується робочих органів культиватора, що працюють в захисній зоні, їх параметрів, методики визначення якості обробітку ґрунту. Основним недоліком технологічних схем просапних культиваторів є те, що вони передбачають технологічне проріджування посівів, що не дає змогу застосувати їх при використанні прецизійних сівалок, які працюють на кінцеву густоту посіву.

В процесі аналізу висунуто припущення, що ускладнення траєкторій руху ротаційного робочого органу, що працює в захисній зоні та обґрунтування його раціональних параметрів може призвести до підвищення якості механічного обробітку ґрунту в захисних зонах просапних культур шляхом встановлення вісі робочого органу роторного типу (РОРТ) під кутом до горизонту та напрямку руху. Робоча наукова гіпотеза зумовила вибір мети і основних завдань досліджень.

У другому розділі сформульовані механіко-математичні моделі: руху зубів; силової взаємодії робочого органу з ґрунтом, який складається з опуклого диску 1 (рис.1) та, закріпленими на його поверхні, декількох рядів зубів; взаємного розміщення РОРТ в просторі, що дало змогу на основі даних моделей визначити раціональні межі зміни параметрів і режимів роботи РОРТ комбінованого культиватора. Кожен із рядів зубів на РОРТ виконує певну функцію, а саме: перший ряд – привід диску, другий ряд - обробіток грунту.

Для визначення кінематичних і конструктивно-технологічних параметрів робочих органів ротаційного типу (РОРТ) формалізовано і описано процес їх роботи (рис. 1 та 2).

Для дослідження процесу переміщення РОРТ та його складових в просторі введемо нерухому систему координат XOY з початком в точці O, розміщену в центрі кола, яке описує крайня точка зуба першого ряду. При цьому площина системи координат XOY співпадає з площиною поля. Як видно із рис. 2, зуби першого ряду при поступальному і обертовому русі будуть здійснювати рух по кривій, параметричне рівняння якої має вид: |

(1)

де поступальна швидкість агрегату; радіус кола, яке описує крайня точка зуба при обертанні; кут нахилу диску до горизонту; кутова швидкість обертання РОРТ.

Із виразу 1 слідує, що кожен зуб буде обробляти площу ґрунту, обмежену поверхнею поля і параболічною кривою, що описується робочим органом. Якість роботи РОРТ, тобто ступінь розпушення ґрунту і кількість знищених бур’янів, буде залежати від величини перекриття ділянок ґрунту, оброблених двома сусідніми зубами. Довжина ділянки, обробленої одним зубом, визначається як різниця ординат точки, яка характеризує момент входу зуба в ґрунт, і точки моменту виходу зуба із неї, тобто: |

(2)

Після перетворень отримаємо: |

(3)

де ширина захвату першого ряду зубів РОРТ.

Перекриття ділянок, оброблених двома сусідніми зубами, визначається із виразу: |

(4)

де – шлях, пройдений МТА за час одного повного оберту робочих органів; – кількість зубів в першому ряду диска.

Підставивши в рівняння (2) значення і із формул (3) і (4), отримаємо: |

(5)

Як видно із рівняння (5), величина перекриття являється функцією декількох змінних (R1, z, b, v, , ) при різному співвідношенні цих величин буде мати різне значення. Для забезпечення агротехнічних вимог перекриття повинно бути більше нуля, тому:

.

При роботі РОРТ нерівномірність обробленого ґрунту по ширині з’являється на стиках ділянок, оброблених окремими зубами. Величина нерівномірності змінюється в залежності від перекриття, тобто чим більше перекриття, тим менша нерівномірність. Очевидно, якщо величина перекриття буде близька до , то величина нерівномірності обробітку по ширині буде наближатися до нуля.

. | (6)

де коефіцієнт ковзання, що залежить від режиму роботи, . Підставивши значення із (6) в (2), будемо мати: |

(7)

Виключивши із рівнянь (7) час, отримаємо рівняння траєкторії руху зуба в декартовій системі координат:

. | (8)

Траєкторії, описані окремими зубами однакові, але зміщені одна відносно іншої по осі OY. Величина зміщення дорівнює шляху, пройденому агрегатом за час повороту робочого органу на кут, рівний .

Величина зміщення траєкторій дорівнює:

, | (9)

де час, протягом якого робочий орган повернеться на кут .

Величину нерівномірності обробітку по ширині можна визначити із наступного виразу:

. | (10)

де абсциса точки перетину траєкторій, описаних сусідніми зубами.

В результаті, рівнянням (10) встановлено залежність величини нерівномірності обробітку по ширині (рис. 3) від конструктивно-технологічних параметрів РОРТ, де 1 – при , шт., ; 2 – при , шт. і ; 3 – при , і ; 4 – при , і шт.

Як видно із графіків, зі збільшенням і нерівномірність збільшується, а з збільшенням і – зменшується. Ступінь стійкості ходу агрегату залежить від рівноваги діючих на робочі органи сил і співвідношення параметрів ланок механізму кріплення робочих органів до рами агрегату, а також самих робочих органів. Ступінь стійкості ходу робочих органів комбінованого агрегату в значній мірі залежить також від стійкості ходу агрегату в цілому.

Рис. 4. Схема сил, що діють на ґрунтообробний агрегат

Для забезпечення якості виконання робочого процесу обробітку захисної зони при складному рельєфі поля проведено силовий аналіз ґрунтообробного агрегату на базі просапного комбінованого культиватора з нахиленими ротаційними робочими органами в поздовжньо-вертикальній площині проекцій.

Введемо нерухому систему координат з початком в точці , розміщеній так, щоб вісь проходила паралельно поверхні ґрунту на глибині обробітку і була направлена в бік руху агрегату, а вісь співпадала з геометричною віссю стійки культиваторної лапи і була направлена вертикально вверх. Для визначення координат центру тяжіння знайдемо проекції швидкості і його переміщення на вісі координат:

; | (11)

, | (12)

де швидкість руху агрегату; –переміщення центру тяжіння системи; кутова швидкість обертання стержня ; довжина стержня ; кут нахилу до горизонту стержнів в початковий момент часу.

Проінтегрувавши вираз (11) по часу, отримаємо:

. | (13)

При , звідки .

Підставивши значення постійної інтегрування в рівняння (13) і враховуючи, що , будемо мати:

де – кутове переміщення стержня

. | (14)

Проінтегрувавши вираз (12) по часу, отримаємо:

. | (15)

При , тоді .

Підставивши значення постійної інтегрування в рівняння (15), отримаємо:

. | (16)

Рівняння (4) і (6) визначають координати центру тяжіння системи. Система, що розглядається має одну ступінь вільності. Приймемо за узагальнену координату кутове переміщення стержня . При цій умові задача зводиться до визначення як функції часу. Скориставшись рівнянням Лагранжа другого роду, складемо диференціальне рівняння руху робочих органів комбінованого агрегату. Тоді будемо мати:

, | (17)

де кінетична енергія системи; узагальнена сила, яка відповідає узагальненій координаті .

Кінетична енергія системи буде дорівнювати:

, | (18)

де маса системи, що розглядається; швидкість руху центру тяжіння системи; приведений момент інерції; кут повороту прямої, яка проходить через центр тяжіння системи і вісь обертання (рис. 4).

Для визначення кутового переміщення системи і її кінетичної енергії та впливу конструктивних параметрів і діючих на робочі органи сил на ступінь нерівномірності ходу агрегату виразимо кут повороту прямої, яка проходить через точку прикладання сили і вісь обертання як функцію кута повороту стержня:

, | (19)

де початковий кут нахилу прямої, яка проходить через точку прикладання сили і вісь обертання; відстань від точки прикладання сили до вісі обертання.

Початковий кут можна визначити по формулі: |

(20)

Виразимо кут повороту прямої, яка проходить через центр тяжіння системи і вісь обертання як функцію кута повороту стержня. Для цього спочатку визначимо відстань від центру тяжіння до вісі обертання. |

(21)

Після перетворень: |

(22)

З рівняння (22) кут зв’язаний з кутом складною залежністю. Враховуючи невеликий діапазон змін кута (не більше 100) можна записати:

, | (23)

де коефіцієнт, який залежить від довжини стержнів, відстані між центром тяжіння системи і віссю обертання, а також від висоти розміщення центру тяжіння, . Коефіцієнт збільшується при збільшенні довжини стержнів, при зменшенні відстані між центром тяжіння і віссю обертання і при збільшенні висоти розміщення центру тяжіння.

Після підстановок у (18) отримаємо кінетичну енергію системи: |

(24)

Нелінійне диференціальне рівняння руху даної матеріальної системи обчислюємо за формулою:

. | (25)

Вважаємо і малими величинами першого порядку малості, а всіма величинами більш високого порядку малості треба знехтувати.

Диференційне рівняння має вигляд:

. | (26)

Загальне рішення його:

. | (27)

Використовуючи початкові умови (при і ), визначимо постійні інтегрування: і . Тоді рівняння (27) матиме вигляд:

. | (28)

Рівняння (28) показує який вплив має той чи інший конструктивний параметр, або діючі на робочі органи сили на кут і, як наслідок, на ступінь нерівномірності руху агрегату в вертикальній площині (рис. 5), де 1 – характеризує вплив часу дії реактивного моменту при , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ; 2 – швидкості руху агрегату при ; 3 - розміщення культиваторної лапи при .

Робочий процес РОРТ описано також за допомогою Марківських циклічних процесів з прогнозуванням переходів в різні стани виконання технологічного процесу під впливом дії випадкових факторів.

У третьому розділі обґрунтовано планування експериментів, прийоми контролю та описано конструкції і принцип дії обладнання, приладів, лабораторної і лабораторно-польової установок. Для лабораторно-польової перевірки теоретичних результатів й експериментального вивчення процесу руху зубів РОРТ в ґрунті та дії їх на ступінь знищення бур’янів і ступінь пошкодження культурних рослин просапний культиватор КРН-4,2 обладнано РОРТ, загальний вигляд якого представлений на рис. 7.

Рис.7. Загальний вигляд лабораторно-польвої установки

Результати досліджень оброблені методами математичної статистики із застосуванням прикладних програм на ПЕОМ.

У четвертому розділі наведені дані по визначенню впливу конструктивно-технологічних параметрів запланованих варіантів взаємного розміщення робочих органів комбінованого культиватора на повноту знищення бур’янів та ступінь пошкодження культурних рослин, а саме: схем розташування зубів на колах диску, діаметра та кута нахилу диска до горизонтальної та поздовжньо-вертикальної площин, глибини обробітку та швидкості руху агрегату.

Зокрема, при дослідженні кількісних характеристик впливу швидкості руху агрегату, глибини обробітку ґрунту, вологості та твердості ґрунту на повноту знищення бур’янів та ступінь пошкодження культурних рослин впливають такі групи факторів: група А = (X2, X3) – швидкість та глибина; група U = (X4, X5) – вологість та твердість ґрунту; група Y = ( Y1, Y2) – повнота знищення бур'янів та ступінь пошкодження культурних рослин.

Таблиця

Залежності показників якості обробітку грунту РОРТ від параметрів стану і режиму роботи

Варіанти | Для кукурудзи | Для соняшника

Y1 | Y2 | Y1 | Y2

A | 14,27X2 + 194,53X3 – 6,01 | 2,21X2 + 327,3X3 -15,98 | 6,16X2 – 14,2X3 + 7,02 | 48,41X2 + 646,65X3 – 127,02

D | 16,57X2 + 302,7X3 – 5,37 | 6,49X2 + 309,6X3 -27,19 | 21,36X2 + 344,1X3 -8,24 | 30,96X2 + 101,7X3 – 69,64

F | 12,8X2 + 560,1X3 – 22,13 | 26,05X2 + 502,7X3 -79,27 | 21,78X2 + 344,2X3 – 15,31 | 26,05X2 + 502,7X3 -79,27

G | 13,31X2 + 355,5X3 +1,85 | 7,05X2 +165,35X3 – 22,43 | 13,31X2 + 355,5X3 +1,85 | 24,32X2 + 997,2X3 – 94,29

GL | 31,93X2 + 556,7X3 – 92,91 | 6,16X2 – 14,2X3 +7,022 | 11,48X2 + 328,05X3 + 15,89 | 24,02X2 + 948,95X3 – 95,86

S | 9,17X2 – 40X3 – 16,69 | 21,53X2 +226,85X3 – 14,56 | 5,98X2 – 141,85X3 + 17,97 | 2,29X2 + 18,3X3 - 5,63

Регресійний аналіз залежностей показників якості обробітку грунту від параметрів стану і режиму роботи при обробітку посівів кукурудзи та соняшнику дав змогу отримати математичні моделі, наведені нижче в табличному вигляді.

Встановлено, що максимальне значення повноти знищення бур’янів та мінімальне значення ступеня пошкодження культурних рослин (рис. 8) при обробітку захисних зон кукурудзи робочим органом ротаційного типу GL досягається при Н=0,04...0,08м; V=1,8...2,28 м/с, кількість зубів робочо-привідних та робочих становить – 10 і 10, відповідно. Для визначення конструктивно-технологічних параметрів РОРТ, зокрема схеми розташування зубів на колах диску (їх кількості, кроку) проведені лабораторні дослідження на лабораторній установці (імітаторі поверхні поля) та отримані траєкторії руху зубів в проекції на горизонтальну площину (рис. 9).

а) б)

Встановлено (рис.9), що при розміщенні зубів на колах диску за схемами б), в) та д) зуби ідуть повторно (слід у слід), що зменшує у 2 рази повноту обробітку захисних зон. Схеми а) і г) не відповідають умові повноти обробітку і залишають необроблені ділянки. Раціональне перекриття ділянок (максимальна повнота обробітку) досягається при розміщенні зубів на колах диску за схемою е). Дана схема відповідає таким параметрам диску: діаметр диску – 290 мм; кількість привідних та робочих зубів дорівнює 10-и; кут ? між сусідніми на колах диску зубами відносно центра обертання становить 36?

При цьому: 1 – привідні зуби; 2 і 3 – робочі зуби; R1 – радіус траєкторії, описаний привідним зубом; R2 і R3 – радіуси траєкторій, описані робочими зубами; m – крок установки 2-ох сусідніх привідних зубів; h – ширина ділянки обробленої одним зубом; ? – кут між двома сусідніми зубами відносно центра обертання диску; - траєкторія руху привідного зуба; ----- та ·· - траєкторії руху робочих зубів.

А D F

GL G S

Рис. 10. Варіанти досліджуваних робочих органів

Робочі органи на рис. 10: A – за „астраханською” технологією, D – із зубами на опуклому диску, F –із ножами у вигляді фрези, GL – із пружними робочими зубами, G –із жорстко закріпленими робочими зубами, S – з серійними лапами. Найкраще для даних умов роботи працює робочий орган ротаційного типу маркований GL, що має підпружинені робочі зуби і забезпечує повноту знищення бур’янів на посівах кукурудзи 54,3%, соняшнику 62,4% при у пошкодженні культурних рослин не вище 8%.

У п’ятому розділі наведені результати науково-виробничої перевірки комбінованого культиватора, визначено його техніко-економічну ефективність. При застосуванні нового агрегату для механізованого обробітку ґрунту просапних культур річний економічний ефект становить при вирощуванні кукурудзи на зерно – 3300 грн, соняшника – 9740 грн.

висновки

В дисертаційній роботі представлено теоретичні й експериментальні дослідження, що обумовили нове вирішення наукового завдання забезпечення підвищення ефективності механізованого міжрядного обробітку грунту просапних культур, яке досягнуте обґрунтуванням траєкторії руху і параметрів робочого органу ротаційного типу (РОРТ), що працює в захисній зоні рядка, з встановленням його вісі обертання під кутами до поверхні поля та напрямку руху. Це забезпечує виконання роботу просапного комбінованого культиватора зі зменшенням механізовано необробленої площі поверхні поля в захисних зонах.

1. Для істотного підвищення ефективності роботи просапних культиваторів, що додатково обробляють і захисні зони, на підставі проведеного аналізу й науково-практичної розробки комбінованих процесів міжрядного обробітку ґрунту, доведено технологічну ефективність використання РОРТ з нахиленою віссю обертання.

2. З допомогою розробленої механіко-математичної моделі, що описує процес руху зубів РОРТ в ґрунті, встановлено характер впливу стану ґрунтового середовища, конструктивно-технологічних параметрів й режимів роботи комбінованого культиватора на повноту механізованого обробітку грунту в захисній зоні рядка, яка:

- збільшується від 0,03 до 0,058 м при зміні коефіцієнта ковзання К від 0.7 до 0,9;

- зростає від 0,029 до 0,053 м при збільшенні радіуса диска R від 0,1м до 0,17м;

- зменшується від 0,07 до 0,035 м при збільшенні кількості зубів в першому ряду Z від 8 до 15 шт.;

- змінюється від 0,078 до 0,052 м при зміні кута встановлення диска до горизонту від 10 до 45.

3. Для покращення повноти знищення бур’янів у посівах просапних культур, в умовах проведених експериментів на 62,4% (при вирощуванні кукурудзи) й на 54,3% (соняшника), при рівнях пошкодження культурних рослин 3,9 і 7,2%, відповідно, доцільно використовувати РОРТ у варіанті GL, який має наступні раціональні конструктивно-технологічні параметри:

- діаметр диску – 0,29 м;

- кути розташування робочо-привідних і робочих зубів на колах диску відносно вісі обертання – 30 і 36;

- кількість робочо-привідних і робочих зубів – 8 і10 шт.;

- висоту робочо-привідних та робочих зубів – 0,1 і 0,12м;

- швидкість руху МТА – 1,9...2,3 м/с;

- глибину обробітку ґрунту – 0,05...0,07 м.

4. Для визначення ступеня пошкодження культурних рослин та повноти знищення бур’янів у захисних зонах просапних культур від робочої глибини обробітку грунту Н та швидкості руху агрегату V, на основі регресійного аналізу результатів експериментальних досліджень, встановлено відповідні емпіричні залежності впливу конструктивно-технологічних особливостей РОРТ на показники якості їх роботи.

5. Для збільшення площі обробітку грунту на 42,8% та 55,6% в захисних зонах на посівах кукурудзи та соняшника, відповідно, в умовах проведених досліджень, раціонально використовувати машинно-тракторні агрегати на базі просапних культиваторів типу МТЗ-80+КРН-4,2+РОРТ, які дозволяють утримати рівень пошкодження культурних рослин не вище 8%.

6. Для одержання розрахункового річного економічного ефекту у порівнянні з серійним аналогом (МТЗ-80 + КРН- 4,2) в розмірі 3300 грн. та 9740 грн. при вирощуванні кукурудзи і соняшника, відповідно, слід застосовувати агрегат на базі комбінованого культиватора МТЗ-80+КРН-4,2+РОРТ. Терміни окупності просапного комбінованого культиватора при обробітку посівів кукурудзи та соняшника становлять 0,35 і 0,10 року, відповідно.

7. Науково-виробнича перевірка комбінованого культиватора МТЗ-80+КРН-4,2+РОРТ в господарствах Полтавської області засвідчила можливість одержання значного екологічного ефекту за рахунок зменшення використання хімічних препаратів (гербіцидів), що супроводжується зменшенням собівартості одиниці рослинницької продукції, зокрема соняшника на 82,5 й кукурудзи на 11,8 грн./т.

Список опублікованих праць

1. Рустембаев Б.Е., Запорожец Н.И, Слинько О.П. Обработка почвы в Германии. Достижения и перспективы // Вестник науки Акмолинского аграрного университета им. С. Сейфуллина. – Астана: ААУ, 2001 – Т3. – С. 198-206 (Здобувачем виконано огляд існуючих конструкцій робочих органів просапних культиваторів).

2. O. Burlaka, O. Slynko Main characteristics of on-board computer system for crop yield measurement in combine-harvester // Microprocessor systems in agriculture. – Poland: Plock, 2001 – С. 17-20 (Здобувачем описано режим роботи системи контролю технологічних операцій)

3. Бурлака О.А., Слинько О.П. Спосіб визначення траєкторії руху робочого органу просапного культиватора за допомогою “імітатора поверхні поля” // Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вісник ХДТУСГ. – Харків: ХДТУСГ, 2001 – Вип. 8. – Т.2. – С. 203-204 (Здобувачем запропоновано конструкцію „імітатора поверхні поля”).

4. Сакало Л.Г., Лапенко Г.О., Слинько О.П. Обладнання для вирішення деяких проблем екологічного рослинництва // Вісник ПДСГІ. – Полтава: ПДСГІ, 2001 – Вип. 4 – С. 26-30 (Здобувачем запропоновано обладнання для обробки проміжків між рослинами та виконано економічний розрахунок витрат робочої рідини).

5. Дубровін В.О., Кривошия М.О., Бурлака О.А., Слинько О.П. Напрямки вдосконалення машин для міжрядного обробітку просапних культур // „Механізація сільськогосподарського виробництва”. Збірник наукових праць НАУ. – Київ: НАУ, 2002. – Т.12. – С.75-80 (Здобувачем проведено аналіз технологій та технічних засобів міжрядного обробітку грунту).

6. Слинько О.П. Дослідження руху робочого органу роторного типу просапного культиватора // „Механізація сільськогосподарського виробництва”. Збірник наукових праць НАУ – Київ: НАУ, 2002. – Т.12. – С.184-188.

7. Слинько О.П. Спосіб визначення оптимальної кількості зубів робочого органу роторного типу для обробітку захисних зон просапних культур // Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вісник ХДТУСГ. – Харків: ХДТУСГ, 2003. – Вип. 15. – С. 160-163.

8. Слинько О.П., Кривошия М.О., Левчук М.С. Дослідження роторних робочих органів культиватору // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ,2004. – Вип. 73. – Ч.1. – С. 287 – 297 (Здобувачем проведено основні етапи досліджень та оброблено їх результати).

9. Дубровін В.О., Слинько О.П. Виробнича перевірка та визначення економічної ефективності використання робочих органів роторного типу у складі модернізованого культиватора КРН-4,2 // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2004. – Вип. 73. – Ч.1. – С. 85 – 94 (Здобувачем виконано порівняльну економічну оцінку).

10. Слинько О.П., Михайлович Я.М. Щодо обґрунтування геометричних і кінематичних параметрів робочого органу ротаційного типу (РОРТ) // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2006. – Вип. 95. – Ч. 1. – С. 180-194 (Здобувачем розроблено механіко-математичну модель руху зубів РОРТ та здійснено силовий аналіз взаємодії робочих органів комбінованого культиватора з ґрунтом).

11. Пат. 4273 А України. Культиватор комбінований/ Слинько О.П., Дубровін В.О., Сакало Л.Г., Кривошия М.О., Ковтун В.Й. (Україна) – Опублікований 2005 р. Бюл. 1 (Здобувачем запропоновано конструкцію робочого органа).

АНОТАЦІЇ

Слинько О.П. Обґрунтування технологічного процесу та параметрів комбінованого культиватора для обробітку просапних культур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва – Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П. Василенка, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено дослідженню процесу міжрядного обробітку, зокрема в захисних зонах просапних культур, розробці, теоретичним та експериментальним дослідженням робочого органу ротаційного типу (РОРТ) з метою покращення обробітку ґрунту.

У роботі проведено аналіз існуючих конструкцій робочих органів просапних культиваторів, зокрема тих, що працюють в захисній зоні рядка. Виявлено недоліки та визначено напрямки їх усунення. Теоретичні та експериментальні дослідження обґрунтовують та підтверджують вибрані напрямки, щодо модернізації просапного культиватора типу КРН-4,2 шляхом дообладнання його робочими органами ротаційного типу.

Викладено програму і методику експериментальних досліджень, наведено конструкції та принцип роботи лабораторних та польових установок, досліджено вплив швидкості руху агрегату та глибини обробітку ґрунту на ступінь знищення бур’янів в захисних зонах та ступінь пошкодження культурних рослин.

Розрахунок економічного ефекту від використання розробленого обладнання для обробітку навколорядкових зо просапних культур підтверджує доцільність впроваджених у виробництво РОРТ.

Ключові слова: грунт, міжрядний обробіток, захисна зона, робочий орган ротаційного типу, зуб, культиватор.

Слинько О.П. Обоснование технологического процесса и параметров комбинированного культиватора для обработки пропашных культур. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства – Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенка, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена исследованию процесса междурядной обработке, в частности в защитных зонах пропашных культур, разработке, теоретическим и экспериментальным исследованиям рабочего органа ротационного типа (РОРТ) с целью улучшения обработки почвы.

В работе приведён анализ существующих конструкций рабочих органов пропашных культиваторов, в частности тех, что работают в защитной зоне рядка. Установлено недостатки и определены направления их устранения. Теоретичесские и экспериментальные исследования обосновуют и подтверждают выбранные направления, по модернизации пропашного культиватора типа КРН-4,2 путём дооборудования его рабочими органами ротационного типа.

Изложено программу и методику экспериментальных исследований, показано конструкцию и принцип работы лабораторных и полевых установок, исследовано влияние скорости движения агрегата и глубины обработки почвы на степень уничтожения сорняков в защитных зонах и степень повреждения культурных растений.

Объектом исследования является рабочий процесс механизированного возделывания почвы в защитных зонах пропашных культур и параметры рабочих органов ротационного типа (РОРТ) комбинированного культиватора.

Установлен характер влияния состояния грунтовой среды, конструктивно-технологических параметров и режимов работы комбинированного культиватора на полноту механизированного возделывания почвы в защитной зоне рядка, которая при увеличении: коэффициента скольжения К от 0.7 до 0,9, увеличивается от 0,03 к 0,058 м; радиуса диска R от 0,1м до 0,17м, растет от 0,029 к 0,053 м; количества зубов в первом ряду Z от 8 к 15 шт., уменьшается от 0,07 к 0,035 м; угла установления диска к горизонту ?от 10° к 45°, изменяется от 0,078 к 0,052 м.

Для улучшения полноты уничтожения сорняков в посевах пропашных культур целесообразно использовать РОРТ в варианте GL, который имеет следующие рациональные конструктивно-технологические параметры: диаметр диска - 0,29 м; углы расположения рабоче-приводных и рабочих зубов на кругах диска относительно оси вращения - 30 и 36?; количество рабоче-приводных и рабочих зубов - 8 и10 шт.; высоту рабоче-приводных и рабочих зубов - 0,1 и 0,12м; скорость движения МТА - 1,9...2,3 м/с; глубину возделывания грунта - 0,05...0,07 м. Важным фактором есть улучшение полноты уничтожения сорняков в посевах пропашных культур, в условиях проведенных экспериментов на 62,4% (при выращивании кукурузы) и на 54,3% (подсолнуха), при уровнях повреждения культурных растений 3,9 и 7,2%, соответственно.

Разработанные и обоснованные РОРТ привели к увеличению площади возделывания почвы на 42,8% и 55,6% в защитных зонах на посевах кукурузы и подсолнуха, соответственно, при этом позволяют удержать уровень повреждения культурных растений не выше 8%

Расчет экономического эффекта от использования разработанного оборудования для обработки защитных зон пропашных культур подтверждает целесообразность производственного использования РОРТ. Годовой экономический эффект при этом в сравнении с серийным аналогом (МТЗ-80 + КРН- 4,2) составляет 3300 грн. и 9740 грн. при выращивании кукурузы и подсолнуха, соответственно.

Ключевые слова: почва, междурядная обработка, защитная зона, рабочий орган ротационного типа, зуб, культиватор.

Slyn’ko O.P.substantiation of technological process and parameters of the combined cultivator for processing cultivated crops. - the Manuscript.

The dissertation on a degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.05.11 - machines and means of mechanization of an agricultural production – Kharkov National Technical University of Agriculture, Kharkov, 2006.

The dissertation is devoted to research of process to interrow processing, in particular in cultivated crops protective zones, development, theoretical and experimental researches of rotational type working body of (RTWB) with the purpose of improvement of processing of ground.

In work the analysis of existing designs of drill-cultivators working bodies, in particular that work in a furrow protective zone is resulted. It is established lacks and directions of their elimination are determined. Theoretical and experimental researches prove and confirm the chosen directions on drill-cultivators modernization by an additional equipping its rotational type working bodies.

It is stated the program and a technique of experimental researches, it is shown a design and a principle of work of laboratory and field aggregates, influence of aggregate movement speed and depth of ground processing on a degree of weeds elimination in protective zones and a rate of cultural plants damage is investigated.

Calculation of economic benefit of use of the developed equipment for processing protective zones cultivated crops confirms expediency of industrial use RTWB.

Key words: ground, interrow processing, a protective zone, working body of rotational type, a tooth, cultivator.

Комп’ютерний набір і верстка Д.С. Сушко

Зав. Видавничим відділом НАУ А.П. Колесников

Підписано до друку 17.08.06 р.

Ум. друк. арк. 0,9

Наклад 100 прим.

Видавничий центр НАУ

03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15