Некоторые методические подходы к разработке комплекса машин для энергосберегающих тех нологий обработки почвы и посева

есть нагрузка на каждого из них составила более 1 тыс. га, что в 3-5 раз больше, чем при традиционных технологиях в других подразделениях Павловской зерновой компании.

В целом после проведения уборочных работ и осенней поверхностной обработки почвы (20 % площади комбинированными агрегатами с глубокорыхлителями) средний расход топлива на 1 га зерновых составил 28...32 кг что практически в 2 раза меньше среднеобластного значения (60.70 кг/га). Даже укрупненный, по статистическим данным, расчет затрат труда показал, что реализация ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на основе использования комбинированных скоростных МТА позволила повысить производство зерна на одного механизатора в 5-6 раз. В среднем за 3 года исполь-

зования новых технологий себестоимость зерна составила 1900.2000 руб./т, а производительность механизаторов (с учетом вспомогательных и транспортных операций) увеличилась в 3-4 раза.

Выводы. Освоение и практическая реализация новых ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на базе качественно иной технической и технологической основе - высокоэффективное, перспективное направление восстановления рентабельного производства продукции растениеводства. Опыт Павловской зерновой компании стал основой для организации производства зерновых культур в объединенной группе сельскохозяйственных предприятий На-гайбакского и Кизильского районов в 2008-2010 гг

Литература.

1. Плаксин А.М., Ишимов Г.П. Основной критерий переоснащения процессов по возделыванию зерновых культур // Вестник ЧГАУ. - 2007. - Ч. 2

2. Плаксин А.М. Научные проблемы механизации растениеводства: перспективы технико-технологического переоснащения // Материалы XLVIII Международной научно-технической конференции. - Челябинск, 2009.

3. Ишимов Г.П. Результаты внедрения ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур в Петропавловском зерновом комплексе// Материалы XLIX Международной научно-технической конференции. - Челябинск, 2009. - Ч. 1

4. Обоснование состава и планирование использования МТП при возделывании зерновых культур в ПЗК ОАО «Птицефабрика Челябинская». - Отчет о НИР. - Челябинск, 2007.

RESOURCE POTENTIAL OF AGRICULTURE, WAYS OF EFFECTIVE REALIZATION A.M.Plaksin, A.P. Zyrianov, M.V. Pyataev, N.R. Sovrasova

Summary. In the article changes materials of resource potential of agriculture for the period of 1990-2010 are represented, the results of industrial inculcation of resource-saving technologies during grain crops cultivating at agricultural enterprises in steppe areas of Chelyabinsk region.

Key words: resources, technologies, combine aggregates, productivity, cost value, fuel expenditure.

УДК 631.31:635.51

НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ КОМПЛЕКСА МАШИН ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПОСЕВА

Н.Т. ХЛЫЗОВ, кандидат технических наук, доцент

Челябинская ГАА

E-mail: ppm@agroun.urc.ac.ru

Резюме. В статье приведены некоторые методические подходы к разработке машин для ресурсосберегающих технологий обработки почвы и посева. Они предусматривают уточнение технологии обработки почвы в севообороте и обоснование рациональных схем и параметров комбинированных универсальных машин. Различные конструктивные схемы можно получать единым математическим описанием с помощью теории графов. Критерии оценки рациональности параметров разработанных орудий - повышение производительности труда, соблюдение агротехнических требований и минимизация расхода энергии на обработку почвы и посев зерновых культур.

Ключевые слова: технология, обработка почвы, севооборот, схема, комбинированная машина, математическое описание, теория графов, критерии, аг-

56 -----------------------------------------

ротехнические требования, расход энергии, посев, зерновые культуры.

Развитие технологического и технического обеспечения аграрного производства должно быть направлено на снижение затрат при возделывании сельскохозяйственных культур и уменьшение числа операций при обработке почвы и посеве путем применения комбинированных и универсальных машин. Такой подход к решению этой проблемы требует разработки ресурсоэнергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур применительно к почвенно-климатическим условиям зоны.

Цель наших исследований - разработка методических подходов к созданию комплекса машин для энерго- и ресурсосберегающих технологий обработки почвы и посева зерновых культур.

Для ее достижения решались следующие задачи: уточнение технологии обработки почвы в севообороте, обоснование рациональных схем и параметров, а также создание комплекса комбинированных универсальных машин.

__ Достижения науки и техники АПК, №10-2010

Условия, материалы и методы. На основание исследований проведенных в ЧНИИСХ и ЧГАА для зерновых севооборотов различных зон области рекомендован ряд технологий обработки почвы и посева.

Например, обработка пара (один раз в севообороте) предусматривает разуплотнение почвы чизель-ными рыхлителями на глубину до 45 см; или заделку сидеральных культур, органических и минеральных удобрений, а также извести отвальными орудиями на глубину до 30 см; или минимальную обработку на глубину до 10 см (на карбонатных и южных черноземах); или безотвальное рыхление почвы на глубину до 30 см; а также дополнительную обработку почвы на паровом поле с уничтожением сорняков, выравниванием, подпочвенным прикатыванием и мульчированием верхнего слоя почвы. В зависимости от засоренности полей можно проводить две и более культивации или обработку гербицидами.

Под остальные культуры система обработки почвы предусматривает боронование, предпосевную обработку комбинированными и универсальными орудиями, посев с внесением удобрений, обработку гербицидами (при необходимости); или предпосевную обработку и посев с внесением удобрений и почвенных гербицидов универсальными комбинированными орудиями, равномерное распределение измельченной соломы по поверхности поля и мульчирование верхнего слоя почвы бороной тяжелой пружинной; в зависимости от условий обработку почвы на глубину 10.12 см с оборотом пласта (дискато-ры) или без (культиватор лемешно-дисковый), а также прямой посев.

При этом все зональные системы земледелия должны иметь почвозащитный характер.

Сжатые сроки проведения весенне-полевых работ, недостаток трудовых ресурсов в сельской местности диктуют необходимость перехода от выпуска разрозненных однооперационных орудий к созданию комбинированных, унифицированных машин, выполняющих до 7.9 технологических операций за один проход агрегата по полю.

Агрономической наукой и практикой доказана возможность совмещения при возделывании сельскохозяйственных культур следующих операций: основной и предпосевной подготовки почвы; предпосевной подготовки почвы, посева и внесения удобрений; выравнивания поля, рыхления почвы, прика-тывания и других операций предпосевной подготовки (рис. 1.).

Энергосбережение в технологиях основной обработки почвы достигается, прежде всего, пу-Рис. 1. Варианты совмеще- тем замены глуб°к°го °т-ния операций обработки почвы. вального и безотвально-Достижения науки и техники АПК, №10-2010 ___

Способы

совмещения

операций

Рекомендуеммые

Основная мелкая + глубокое рыхление

Основная мелкая + выравнивание +мульчирование

Предпосевная + рыхление+ выравнивание+подпочвенное прикатывание + мульчирование

Предпосевная + рыхление + выравнивание +посев+ подпочвенное прикатывание + мульчирование

Предпосевная + рыхление + выравнивание + внесение почвенных гербицидов +посев + подпочвенное прикатывание+ мульчирование

го рыхления, почвы мелкой обработкой. Для этого необходим широкий модельный ряд универсальных комбинированных орудий, обеспечивающих повышение производительности в 2-3 раза.

Исходные данные для проектирования орудий -удельное сопротивление почвы и рельеф поверхности поля. Они описываются математически в виде случайного поля с использованием реальных данных, полученных в полевых условиях.

Для ускорения процесса проектирования орудий необходимо единое математическое описание различных конструктивных схем, которое можно получить с помощью теории графов.

Рассматривая почвообрабатывающий посевной агрегат как систему твердых тел, структуру их взаимосвязей можно описать ориентированным графом или соответствующей матрицей инцидентности, которые положены в основу классификации конструк-

Рис. 2. Расчетная схема почвообрабатывающего агрегата.

тивных схем. Это позволяет не только упростить построение расчетных схем, выбор обобщенных координат и др., но и объединить в матричной форме математические модели для различных схем почвообрабатывающих посевных машин. Причем агрегат, состоящий из трактора и многосекционного орудия, можно представить в виде системы твердых тел (отдельных секций), находящихся в различных шарнирных связях. Под шарниром будем понимать такое соединение между секциями, через которое одна из них оказывает на другую непосредственное силовое воздействие [1].

Результаты и обсуждение. Для описания движения агрегата, состоящего из трактора и почвообрабатывающего 3-секционного орудия, необходимо, прежде всего, выбрать систему отсчета (рис. 2). В качестве инерциальной системы координат мы выбрали неподвижную прямоугольную систему ОХУ7,

связанную с поверхностью поля, которая движется поступательно и равномерно со скоростью V вместе с трактором. При этом оси координат ОХ, ОУ и 07 имеют соответственно продольное, поперечное и вертикальное направления. Для определения положения трактора по отношению к инерциальной системе мы выбрали вторую подвижную систему координат О0Х0У070, которая жестко связана с центром масс трактора. Причем ось Х0 направлена по продольной оси трактора (полагаем, что трактор имеет продольно-вертикальную плоскость геометрической симметрии наружной поверхности), ось 70 - перпендикулярно к оси Х0 в той же плоскости симметрии, а ось У0 - перпендикулярно к плоскости симметрии в поперечном направлении.

Для определения положения почвообрабатывающего агрегата относительно выбранной инерциальной системы отсчета 0ХУ7, рассмотрим подвижные прямоугольные системы координат 01Х1У171, 02Х2У272, ... , жестко связанные с трактором и секциями орудия.

Пусть ф ^ и 0) - углы, характеризующие повороты системы координат 0ХУХ соответственно в поперечно-вертикальной, продольно-вертикальной и горизонтальной плоскостях. При одинаковой ориентации осей координат переход от одной прямоугольной системы к другой можно осуществить параллельным переносом и тремя последовательными поворотами на углы Эйлера, Брайнта и др. Тогда матрицу преобразования для малых углов можно найти по формуле:

1 -©

1 1 1 - -е

Ф; 1

Таким образом, задавая последовательно ориентацию одной секции орудия относительно другой, а центральной секции относительно трактора, можно в конечном итоге определить положение агрегата и по отношению к инерциальной системе отсчета. Для этого достаточно найти матрицы преобразований А0, А1, ... , характеризующие угловую ориентацию систем 00Х0У070, 01Х1У171, ... , жестко связанных с трактором и секциями орудия, относительно инерциальной системы координат 0ХУ7.

Вычисление матриц можно проводить в соответствии со структурой ориентированного графа:

л.=в- 1 вТ1 1 вТ 1 к в,

где Ту, Т2,, ... , Тп - элементыу-го столбца обратной матрицы инцидентности Т = ЭЛ

Используя формулу (1), получим:

1 п ©0 - £ Т ©І І=1 п -*о+£ Т *І І=1

А і= п - ©0+£ Т 1 І=1 1 п Фо - £ Т Фі І=1

п ^о - £ ТІ ^ І=1 п -Фо+£ ті Фі І=1 1

Согласно принципу Даламбера, учитывая массу секций орудий, векторы внешних сил и внутренние связи, можно записать:

т .?. = £. - N' + N' + . .. ,

где т) - масса у-ой секции орудия; г - радиус-вектор, направленный от начала инерциальной системы отсчета к центру масс секции; Г - вектор внешних сил, проходящий через центр масс у-ой секции; й', N !' - векторы реакций связей, проходящие через шарнирные точки у-тых секций.

Определяя значения т, г, Г, и N в матричной форме, кинетические моменты и структуру шарнирных связей, восстанавливая рельеф поверхности в виде случайного поля и перемещая по нему почвообрабатывающий агрегат с определенной скоростью, можно определить параметры секции, местоположение шарниров, опорных колес и расположение рабочих органов на раме секции для орудий с различными конструктивными схемами.

Критерии оценки рациональных параметров разработанных орудий - соблюдение агротехнических требований, минимизация расхода энергии на обработку почвы и посев зерновых культур, производительность.

На основании изложенного мы составили программу решения дифференциальных уравнений по определению рациональных схем и параметров почвообрабатывающих орудий для основной и дополнительной обработки почвы и почвообрабатывающих посевных агрегатов. Благодаря ее использованию получены конструктивные схемы и параметры следующих орудий [2, 3]:

плуги универсальные для тракторов класса тяги 1,4.6;

плоскорезы и лемешно-дисковые культиваторы для тракторов класса тяги 2.6 (рис. 3);

Рис. 3. Культиватор лемешно-дисковый КЛДП-7,2.

чизельные орудия для тракторов класса тяги 3.8;

блочно-модульные культиваторы со сменными модулями для предпосевной обработки почвы и обработки пара для тракторов класса тяги 1,4.5 (рис. 4);

Рис. 4. Культиватор блочно-модульный.

универсальные орудия для закрытия влаги, уничтожения почвенной корки, выравнивания и мульчирования поверхности поля для тракторов класса тяги

1,4.5 (рис. 5);

почвообрабатывающие посевные агрегаты для предпосевной обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур с одновременным внесением удобрений для тракторов класса тяги 2,0...5,0 (рис. 6).

__ Достижения науки и техники АПК, №10-2010

Рис. 5. Борона тяжелая игольчатая ЫИ-21

Выводы. С использованием предложенных методических подходов разработан комплекс машин для энерго- и ресурсосберегающих технологий обработки почвы и посева зерновых культур.

Рис. б. Почвообрабатывающий посевной агрегат ППА-5,4.

Сегодня ведутся работы по дальнейшему совершенствованию почвообрабатывающих посевных агрегатов с использованием принципа модульного построения машин, совмещающих 9 операций.

Литература.

1. Рахимов Р.С., Хлызов Н.Т., Коновалов В.Н., Стоян С.В. Математические модели широкозахватных почвообрабатывающих посевных машин // Техника в сельском хозяйстве. - 2007. - №4.

2. Бледных В.В., Мазитов Н.К., Рахимов Р.С., Хлызов Н.Т. и др. Ресурсосберегающая техника для возделывания зерновых культур // Техника в сельском хозяйстве. - 2007. - №3.

3. Бледных В.В., Мазитов Н.К., Ковалев Н.Г., Рахимов Р.С., Хлызов Н.Т. и др. Влаго- энерго- ресурсосберегающий посевной комплекс «Уралец». Техника для возделывания зерновых культур // Достижения науки и техники АПК. - 2006. - №2.

SOME METHODOLOGICAL APPROACHES TO DEVELOP A MACHINE COMPLEX FOR ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES FOR TILLAGE AND SEEDING

N.T. Khlyzov

Summary. The article describes a method of developing machines for resource-saving technologies of tillage. It provides clarification of tillage in crop rotation and justification of rational schemes and parameters of the combined universal machines. Various design schemes are unified mathematical description using graph theory. Judged rational parameters developed tools are adherence to agronomic requirements and minimizing energy consumption for tillage and sowing crops.

Key words: methodology, technology, tillage, crop rotation, the scheme, combined machine, a mathematical description, graph theory, criteria, agronomic requirements, power consumption, culture, and cereals.

УДК 631.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕГО ХОДА ИГОЛЬЧАТОГО РОТОРА КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО РАВНОМЕРНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ УДОБРЕНИЙ С ПОЧВОЙ

Н.С. СЕРГЕЕВ, доктор технических наук, профессор

М.В. ЗАПЕВАЛОВ, кандидат технических наук, доцент

Ю.М. НАУМОВ, кандидат технических наук, доцент

Челябинская ГАА Е-таіІ:рпг@адгоип.игс.ас.ги

Резюме. Проведены исследования по воздействию игольчатого ротора комбинированного сошника на перемешиваемый материал при рядковом внутри-почвенном внесении органоминерального удобре-Достижения науки и техники АПК, №10-2010 ___

ния. Определены основные параметры и режимы работы игольчатого ротора, обеспечивающие равномерное перемешивание удобрения с почвой. Ключевые слова: игольчатый ротор, комбинированный сошник, кинематический параметр, однородность смеси, зависимость.

Эффективность применения удобрения в значительной степени зависит от доступности питательных веществ растениям. Наиболее рационально внутрипочвенное внесение удобрения в зону расположения корневой системы. Этот прием использовали еще до постановки научных опытов путем внесения органического удобрения небольшими доза------------------------------------------ 59