Технологические основы проектирования комбинированного агрегата для поверхностной обработки почвы Республики Судан на примере проекта «Джазира»

минимальные тепловые потоки на единичный объем льда. Кубическая форма в наибольшей степени отвечает этому требованию. Однако в сочетании с эффективной организацией плавления, оптимальной следует считать форму параллелепипеда со следующим соотношением сторон:

к : а : I = 1 :

где к, а, I — соответственно высота, ширина и длина параллелепипеда.

Исследованиями [1] установлены следующие наиболее эффективные значения параметров к = 3 м, а = 12 м, I = 18 м при объеме льдоаккуму-лятора 650 м3.

Основные энергетические показатели льдоак-кумулятора — аккумулирующая способность и хла-допроизводительность.

По выражению (3) рассчитан сезонный запас холода 135  106 кДж для фермы с поголовьем 400 коров. Однако с учетом коэффициента запаса

К2 = 1,25 и при наличии предварительного охлаждения молока запас холода для этой фермы должен составлять в среднем 170 106 кДж, что и определяет аккумулирующую способность льдохранилища до 50 000 кВт/ч.

Требуемая хладопроизводительность определена исходя из режимов работы системы охлаждения молока. Установлено, что при длительности сезона охлаждения молока 245 дней и работе системы охлаждения 6 ч в день хладопроизводитель-ность льдоаккумулятора должна составлять не менее 35 кВт.

Использование льдоаккумуляторов позволяет усовершенствовать системы охлаждения молока, существенно сокращая расход электроэнергии и тем самым улучшая энергетический баланс фермы. Однако процесс аккумуляции холода в льдоак-кумуляторе сложен для ручного управления, поэтому автоматизация данного процесса важна и перспективна.

УДК 631.31.001.5

Я.П. Лобачевский, доктор техн. наук, профессор А.Х Эльшейх, аспирант

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ РЕСПУБЛИКИ СУДАН НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТА «ДЖАЗИРА»

Республика Судан расположена в северо-восточной части Африки на умерено возвышенном плато (500.1000 м над уровнем моря). Годовая сумма осадков составляет 1000 мм [1]. Однако из-за высокой средней годовой температуры (25.30 °С) темп испарения влаги очень велик и составляет около 1000 мм, что существенно влияет на состояние пахотных земель. Среди 110 типов почв Судана более 50 млн га занимают темно-слитые верти-соли. На этих почвах расположен проект «Джази-ра», охватывающий около 1 млн га и занимающий почти половину орошаемых земель страны. Он находится между реками «Белый Нил» и «Голубой Нил», где среднемесячная температура воздуха колеблется от 20 до 41 °С, а поверхности нагреваются до 65.75 °С при годовом количестве осадков 300.400 мм.

На территории проекта преобладают иловатолегкоглинистые и иловато-тяжелосуглинистые почвы. В сухом состоянии они характеризуются образованием трещин на большую глубину и высокой

твердостью, а при увлажнении — липкостью и вязкостью. При влажности 18.22 % плотность почв составляет 1,66 г/см3 [2]. Рельеф равнинный (уклон не более 3 %). В проекте используют пятипольный севооборот с чередованием пара.

На орошаемых участках посев пропашных культур производят в гребни, а зерновых (пшеницу) — на ровных участках. Вспашку производят один раз в севообороте под пар. Почву под посев хлопчатника готовят с применением тяжелых борон, а для нарезания гребней используют четырехкорпусные окучники.

Такая подготовка почвы в последнее время привела к очень сильному переуплотнению подпахотного слоя почвы [3], что отрицательно отражается на урожайности всех культур. Более того, из-за ухудшения водного режима почвы проект «Джа-зиры» испытывает проблемы в ирригации. На рис. 1 показаны профиль обрабатываемого пласта и негативное действие существующей технологии обработки почвы.

57

...15 см

ЧН1/^Ч?ЫС0КИ^ темп 1

^ испарения

Рис. 1. Профиль обрабатываемого слоя почвы после прохода культиватора с окучниками

и схема испарения влаги в условии зоны

Один из способов решения проблем, связанных с обработкой почвы и повышением урожайности, — отказ от единых рекомендаций и творческий подход, основанный на применении научных достижений и передового мирового опыта с учетом местных условий. Концепция снижения затрат труда представляет сегодня широкое направление научного мышления и практической деятельности в сельскохозяйственном производстве. Создаваемые на этой основе зональные системы и технологии, известные под общим названием «минимальные технологии» обработки почвы, базируются главным образом на совмещении ряда технологических операций за один проход, т. е. на внедрении комбинированных машин.

С учетом особенностей природных условий зоны Джазиры авторами предложен комбинированный агрегат для оптимальной предпосевной обработки почвы (рис. 2), в состав которого входит дисковая борона к навесным чизельным агрегатам.

Такой агрегат может выполнять следующие технологические операции: сплошное рыхление пахотного слоя почвы и подрезание сорняков чи-зельными лапами, крошение, перемешивание, выравнивание поверхностного слоя почвы и дополнительное перемешивание, измельчение сорняков дисковыми рабочими органами.

Модель функционирования предлагаемого агрегата рассмотрим как сложную систему (рис. 3), включающую в себя чизельный агрегат (оператор Ач) и дисковое приспособление (оператор Ад). Трактор представим как отдельный элемент сложной системы (оператор Т).

Двухрядные рабочие органы чизельного агрегата (Ач) рыхлят почвы после пропашных культур по линиям гребней на глубину 18.25 см. К раме

чизельного агрегата сзади крепят дисковые рабочие органы на индивидуальных стойках (Ад), которые устанавливают на глубину до 10.15 см.

Согласно рассматриваемой модели функционирования предлагаемого агрегата (рис. 3) трактор Т оставляет основные входные переменные без изменения: профиль поверхности почвы Zn(^) в точках контакта опорных колес с почвой и сопротивление почвы Я(£). Выходными переменными параметров комбинированного агрегата можно считать: обобщенные технологические показатели качества работы Кп(£) (рыхление, крошение и перемешивание почвы, подрезание сорняков и выравнивание поверхности почвы) и расходуемую на это мощность Рп(0 (тяговое сопротивление агрегата).

На самом деле необходимо принимать во внимание, что такие выходные переменные оператора Ач, как рыхление почвы, подрезание сорняков и выравнивание поверхности почвы, учитываемые показателем Кпч(£), являются входными переменными оператора Ад. К выходным переменным оператора Ач отнесено также его тяговое сопротивление Рч(£). Итак, выходные переменные оператора Ад — обобщенные показатели качества крошения, перемешивания и выравненности поверхности почвы и соответственно тягового сопротивления Рд(0.

Рыхлый и перемешанный

Рыхлый

Плотный

Рис. 2. Схемы комбинированного агрегата

Рис. 3. Модель функционирования комбинированного агрегата

Режим работы комбинированного агрегата обусловлен поступательной скоростью движения, которая одинакова для всех операторов уо, и настройкой на глубину хода кч и кд. В общем случае на агрегат оказывают влияние колебания трактора, что характеризуется переменной У().

На основе этой модели функционирования комбинированного агрегата для оптимальной минимальной обработки орошаемых зон Судана необходимо сначала определять входные переменные параметры приспособления. Информация о входной переменной, определяющей сопротивление почвы при движении в ней дискового рабочего органа, недоступна, поэтому входным переменным была принята твердость поля, которая составляет в среднем для данного поля 2,2 ± 0,24 МПа. Поскольку обработку проводят по линии гребней, то профиль поверхности поля не оказывает большого влияния.

В соответствии с агротехническими требованиями подготовки почвы орошаемого проекта «Джазира» и назначением предложенного приспособления в качестве критериев (отклика) оптимизации авторами выбраны следующие агротехнические и энергетические показатели:

• степень крошения почвы К;

• глубина обработки а;

• высота гребней на дне борозды к;

• гребнистость поверхности поля Н;

• подрезание сорных растений и пожнивных

остатков П;

• тяговое сопротивление диска К.

На указанные показатели основное влияние оказывают следующие факторы (независимые): угол атаки диска а; угол наклона диска в и расстояние между дисками I.

Как известно, теория планирования эксперимента позволяет учесть совокупное влияние этих факторов на показатели качества обработки почвы, характеризующие работу предложенного агрегата (объект исследования) в виде статистической математической модели (уравнений регрессии), которою можно использовать в ходе уточнения значений оптимальных параметров исследуемого агрегата.

Уровни варьирования независимых факторов а, в, I (табл. 1) приняты исходя из мировых практик и стандартов [4].

Для эксперимента авторами изготовлен дисковый образец (рис. 4) шириной захвата 42.50 см. Диски установлены на общей раме, причем каждый диск установлен индивидуально. Образец шарнирно прикреплен к раме чизельного агрегата «Марк Нарды» (Италия).

Экспериментальные исследования дискового образца как части всего комбинированного агрегата проводили в районе «Джазиры» (Судан) для получения математического описания и последующего уточнения значений его основных параметров.

Таблица 1

Уровень и интервал варьирования независимых факторов

Обозначения а, град. в, град. 1, см

Верхний уровень +1 35 15 25

Основной уровень 0 30 13 23

Нижний уровень -1 25 11 21

Интервал варьирования 5 2 2

Задачу решали при помощи полнофакторного эксперимента типа 23 [5].

Матрица планирования эксперимента и результаты исследований приведены в табл. 2. Ранее эти данные статистически не анализировали.

Из анализа данных табл. 2 можно сделать следующие выводы.

После одного прохода комбинированного агрегата крошение почвы колеблется в пределах 82.91 % с относительной ошибкой 1,89.7,84 %, а фактическая глубина обработки составила 10.13,5 см с отклонением 4,22.11,1 %.

Гребнистость дна борозды и поверхности поля соответственно колебалась в пределах 24.49 мм и 37.63 мм с относительными ошибками соответственно 3,98.7,72 % и 4,27.8,37 %.

Степень подрезания сорных растений во всех вариантах опыта составила 72,5.90,75 % с относительной ошибкой 1,83.7,1 %.

Испытания показали, что дисковое приспособление с индивидуальным креплением дисков к чизельному агрегату дало отличные качественные показатели обработки почвы, которые полностью удовлетворяют агротехническим требованиям при

Рис. 4. Приспособления к чизельному агрегату: а — устройство для регулирования угла атаки; б — устройство для регулирования угла наклона диска к вертикальной оси; в — устройство для регулирования расстояния между дисками

МГАУ№3'2008 ------------- --------------------- 59

Таблица 2

Результаты совокупности экспериментальных исследований согласно плану ПФЭ 23

Условия проведения эксперимента: влажность почвы 22 %; плотность почвы 1,58 г/см3; уклон поля 3°; температура воздуха 39 °С; влажность воздуха 38 %; скорость движения 4.5 км/ч; предшественник — кормовые культуры; обработка — нарезка гребней.

№ опы- та Входные факторы Выходные показатели

Угол атаки а, град. Угол наклона в, град. Расстояние между дисками l, см Степень крошения почвы К, % Глубина обработки а, см Высота гребней на дне борозды h, мм Гребни-стость по-верхно-сти поля H, мм Подрезание сорных растений П, % Тяговое сопротивление дисковых рабочих органов К, Н, на 1 м ширины захвата*

*1 *2 *3 У1 У2 У3 У4 У5 У6

План опыта

1 25 11 21 84,78 11,83 33,75 43,75 89,00 2275,61

2 35 11 21 85,73 13,00 28,00 37,50 90,75 6822,61

3 25 15 21 85,0 10,88 30,25 47,50 87,00 2796,42

4 35 15 21 91,3 13,50 24,25 40,00 90,25 7343,54

5 25 11 25 69,08 11,50 49,25 60,50 70,50 2757,86

6 35 11 25 82,45 13,05 42,75 53,00 77,25 4867,60

7 25 15 25 82,63 9,63 46,00 63,38 70,00 5847,95

8 35 15 25 86,08 12,88 40,50 56,25 76,00 5607,41

* Ширина захвата рассчитана по формуле В = 2sina [a/cosp(D - a/cosp)]0,5.

увеличении энергии до 2,2.7,3 кН на 1 м ширины захвата агрегата с ошибками до 3,77.4,17 %.

Список литературы

1. Осман, И. Статистический анализ-прогноз главных компонентов полей месячных осадков для Судана: дисс. . канд. физ. наук. — СПб., 2004.

2. Мохаммед, Э.Х. Исследование закономерностей набухания черно-хлопковых глин Судана: дисс. . канд. строит. наук. — М., 1975.

3. Ishag, H.M. Groundnut production in Irrigated vertisols of the Gаzira / H.M. Ishag, М.В. Said // Papers: Soil survey administration. — Sudan: Khartoum, 1985.

4. Эльшейх, А.Х. Сравнительный анализ систем крепления дисковых рабочих органов и перспективы применения плужных установок в дисковых почвообрабатывающих орудиях / А.Х. Эльшейх // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Серия «Агроинженерия». — 2007. — № 3. — С. 118-120.

5. Максимов, В.Н. Многофакторный эксперимент в биологии / В.Н. Максимов. — М.: МГУ, 1980.

УДК 631.358.02:633.52

Ю.Ф. Лачуга, доктор техн. наук, академик РАСХН М.М. Ковалев, канд. техн. наук С.В. Просолов, инженер

Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации льноводства»

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАССТИЛА ЛЕНТ ЛЬНОТЕРЕБИЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Расстил вытеребленных растений льна-долгунца в ленты является одним из важнейших технологических процессов при работе льнотеребильных аппаратов. От качества разостланных лент зависит как эксплуатационно-технологические показатели работы машин на последующих технологических операциях (подбор и очес лент льна, их оборачивание и подбор льнотресты с формированием ее в рулоны), так и количество и качество

60

вырабатываемого на льнозаводах волокна [1]. Поэтому к расстилочным устройствам льнотеребильных аппаратов предъявляют жесткие требования, направленные на обеспечение качественного расстила вытеребливаемых растений по льнищу: растянутость ленты не должна превышать горстевую длину растений более чем в 1,2 раза; перекос стеблей и угол их перекрещивания в ленте должен быть не более 20°.