close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2776.Теоретические и экспериментальные исследования процесса посева семян зерновых культур комбинированным сошником сеялки-культиват

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»
Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, В.В. Шумаев
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОСЕВА СЕМЯН
ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР КОМБИНИРОВАННЫМ СОШНИКОМ
СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
Теория, конструкция, расчет
Монография
Пенза 2012
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»
Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, В.В. Шумаев
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОСЕВА СЕМЯН
ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР КОМБИНИРОВАННЫМ СОШНИКОМ
СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
Теория, конструкция, расчет
Пенза 2012
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 631.31
ББК 40.724
Л 25
Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» С.А. Кшникаткин, доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарева» М.Н. Чаткин.
Печатается по решению научно-технического совета
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» от 05.09.12, протокол № 9.
Ларюшин, Николай Петрович
Л 25
Теоретические и экспериментальные исследования процесса посева семян зерновых культур комбинированным
сошником сеялки-культиватора. Теория, конструкция, расчет: монография / Н.П Ларюшин, А.В. Мачнев, В.В. Шумаев. – Пенза: РИО ПГСХА, 2012. – 125 с.
В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса посева семян
зерновых культур комбинированным сошником.
Приведены показатели, характеризующие физико-механические свойства почвы.
Для конструкторов, научных работников, преподавателей и
студентов сельскохозяйственных вузов.
УДК 631.31
ББК 40.724
© ФГБОУ ВПО
«Пензенская ГСХА», 2012
© Н.П. Ларюшин,
А.В. Мачнев
В.В. Шумаев, 2012
ISBN 978 – 5 – 94338 – 562 – 9
2
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Максимальная урожайность зерновых культур при минимальных затратах напрямую связана с тяговым сопротивлением
агрегата и точным распределением семян по глубине и площади
рассева при посеве. Применение сеялок-культиваторов для подпочвенно-разбросного посева по сравнению с обычными сеялками наиболее эффективно, так как позволяет равномерно распределить семена по площади рассева, устранить разрывы во времени между отдельными технологическими операциями, сократить
сроки посева, эффективнее использовать первый весенний максимум почвенной влаги, а также уменьшить уплотнение рыхлой
почвы колесами тракторов и машин.
В современном мире, в условиях всё более широкого применения ресурсосберегающих технологий посева зерновых культур,
предпочтение следует отдавать посевным машинам, отвечающим
местным агротехническим требованиям и выполняющим за один
проход несколько технологических операций. Наиболее актуально
этот вопрос стоит в засушливых эрозийно-опасных районах страны, к которым относится и Пензенская область (так, на почвах,
подверженных ветровой и водной эрозии, ежегодный недобор
сельскохозяйственной продукции составляет около 20 %).
Сошники серийно выпускаемых сеялок-культиваторов для
подпочвенно-разбросного посева зерновых культур в большинстве
своём не соответствуют агротехническим требованиям. Применение их позволило выявить целый ряд недостатков, к которым относятся неудовлетворительная устойчивость хода сошников по
глубине, недостаточное крошение почвы, малая равномерность
распределения семян по площади рассева и заданной глубине. Всё
это ведёт к увеличению тягового сопротивления сошника и посевного агрегата в целом, а также к снижению урожайности зерновых
культур. В связи с этим повышение качества посева зерновых
культур за счёт снижения тягового сопротивления комбинированного сошника сеялки-культиватора и равномерного распределения
семян по площади рассева на заданной глубине, путем применения комбинированного сошника сеялки-культиватора, является
актуальным и имеет важное народнохозяйственное значение.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Классификация способов посева семян зерновых
культур и их характеристики
Выбор способа посева в первую очередь зависит от посевных качеств семян сельскохозяйственных культур и почвенноклиматических условий. Способ посева должен создавать оптимальные условия для роста и развития растений, обеспечивая их
необходимым количеством питательных веществ, влаги, света и
теплоты, а также определенной площадью поля (площадью питания). Чтобы урожайность была максимальной, площадь питания
для каждого растения должна быть оптимальной, что зависит от
научно  обоснованной нормы высева: количества семян, высеваемых на одном гектаре, обеспечивающего нормальную густоту
всходов и полноценный урожай 1.
В связи с этим, способ посева играет главенствующую роль
в получении стабильных и высоких урожаев при минимальных
финансовых затратах. Кроме того, способ посева предопределяет
не только тип сеялок, но и конструктивные особенности и степень применения всего комплекса машин на последующих видах
работ (включая уборку урожая), обуславливая тем самым технико-экономические показатели всего технологического процесса
возделывания сельскохозяйственных культур в целом 2.
Анализ литературных источников показывает, что зачастую
один и тот же способ посева приводится под разными названиями, что затрудняет объективную оценку. В связи с этим нами
предлагается классифицировать способы посева зерновых культур, по принципу размещения их на площади рассева. На основании этого можно выделить два основных способа посева (рисунок 1.1): рядовой и разбросной.
В основу рядового способа посева положено размещение
семян параллельными рядами, расположенными на различных
расстояниях друг от друга. В зависимости от количества сближаемых строчек рядовой посев подразделяется на две основные
группы: однострочный и ленточный. Разновидностями рядового
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
однострочного посева являются обычный рядовой, узкорядный и
перекрестный способы посева 3.
Одним из распространенных способов посева зерновых
культур остается обычный рядовой посев с междурядьями 12…15
см, 18 см, 21 см. В зависимости от культуры и нормы высева изменяется расстояние между растениями в рядке. Научного обоснования ширины междурядий для этого способа, как со стороны
агрономической, так и технической, пока еще нет. Ширина междурядий этого способа посева сложилась исторически, но не
обоснована опытом сельскохозяйственного производства и данными научно-исследовательских учреждений. Возможно, что
размещение сошников с такой шириной междурядий выбрано из
соображений меньшего их забивания почвой и растительными
остатками. При этом форма площади питания растений представляет собой прямоугольник, соотношение сторон которого изменяется от 1:6 до 1:10. Такая форма площади питания растения
приводит к снижению урожайности из-за сильного загущения в
рядках [2].
Поиски лучшего способа посева зерновых культур, обеспечивающего более равномерное распределение семян по площади,
продолжаются и сейчас. Так возникли и получили массовое распространение узкорядный и перекрестный способы посева, при
которых несколько устраняются недостатки, свойственные обычному рядовому посеву с междурядьями 15 см.
Узкорядный посев производят с междурядьем 7,5 см, при
этом форма площади питания заменяется прямоугольником со
сторонами 7,53,32 см вместо прямоугольника со сторонами
151,66 см (при обычном рядовом) 2, 3. Положительный эффект
от узкорядного посева наблюдается при повышении плодородия
почвы, улучшении агротехники и более заметно проявляется при
увеличении нормы высева на 10…15%, однако по мере её увеличения разница в урожае между узкорядным и рядовым посевом
становится менее ощутимой.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Способы посева семян зерновых культур
Рядовой
Ленточный
Разбросной
Поверхностно-разбросной
Однострочный
Подпочвенноразбросной
6
Обычный
рядовой
Узкорядный
Перекрестный
Полосовой
Рисунок 1.1  Классификация способов посева семян зерновых культур
6
Сплошной
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так, при увеличении нормы высева более 15 % узкорядный
посев не имеет преимуществ перед обычным рядовым. При узкорядном посеве происходит меньшее испарение влаги, благодаря
затенению междурядий смыкающимися рядами культурных растений, что уменьшает засоренность полей сорняками. Таким образом, узкорядный посев является видоизменением обычного рядового посева, в котором снижены недостатки, связанные с необоснованной шириной междурядий 2.
Перекрестный способ посева зерновых получил широкое
распространение в 50-х годах ХХ века. Перекрестный посев выполняют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с шириной междурядий 15 см. При проходе в каждом направлении высевают половину установленной нормы высева, при этом расстояние между семенами в ряду увеличивается в 2 раза по сравнению с
рядовым посевом. Значительное повышение урожая зерновых
культур при перекрестном посеве является следствием более равномерного распределения семян по площади в сравнении с обычным рядовым и узкорядным способами посева. Необходимо отметить, что перекрестному способу посева присущи недостатки, основными из которых являются, по меньшей мере, двойные затраты труда, энергии, горючего и времени. С точки зрения сохранения влаги в почве и равномерности глубины заделки семян перекрестный ход посевного агрегата, то есть вторичная работа сошников в почве – явление отрицательное. Следует отметить, что недостатки перекрестного посева не связаны с самой сущностью
этого способа, причина их в отсутствии посевных машин, позволяющих производить перекрестный посев за один проход.
Ленточная схема посева характеризуется сближением двух и
более рядов, а также чередованием суженных и расширенных
междурядий. Сближение рядов позволяет сохранить необходимое
число растений на единице площади, однако такая схема посева
зерновых культур не получила широкого распространения 4.
Полосовой подпочвенно-разбросной посев отличается от
рядового и ленточного способов тем, что семена распределяются
не рядами и лентами, а полосами различной ширины. Семена в
полосе, как и при обычном рядовом посеве, размещаются беспорядочно. Недостатком такого способа является неравномерное
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распределение семян по ширине засеваемой полосы. Часть площади поля остается незасеянной [2, 4]. В последнее время подпочвенно-полосовой способ посева зерновых культур заменяется
подпочвенно-разбросным способом.
Подпочвенно-разбросной способ посева, отличается тем,
что семена укладываются в почву не рядами, а по всей ширине
захвата сеялочного агрегата без незасеянных промежутков между ними. При соответствующей конструкции сеялки семена распределяются по площади более равномерно, чем при рядовом
посеве. По данным исследований, урожайность зерновых культур при сплошном посеве повышается в среднем на 10…20 % по
сравнению с узкорядным и рядовым способами. Одной из причин этого можно считать более высокую полевую всхожесть семян и наименьшую гибель растений в течение вегетационного
периода. Условия развития растений при подпочвенноразбросном посеве оказывается значительно лучшими, корневая
система более развита, стебель толще и выше, абсолютный вес
зерна в большинстве случаев выше, чем при рядовом посеве. Засоренность участка значительно снижается по сравнению с рядовым и узкорядным способами. Улучшение конфигурации
площади питания при подпочвенно-разбросном посеве значительно увеличивает процент использования засеваемой площади, то есть даёт возможность размещения на единице площади
большего числа растений, а следовательно, и получения большего урожая 3.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что среди различных способов посева наиболее актуальным для зоны Среднего
Поволжья является подпочвенно-разбросной посев зерновых
культур, который обеспечивает повышение равномерности распределения семенного материала по площади питания при минимальных производственных затратах.
1.2 Обзор конструктивных схем зерновых сеялок
В настоящее время основными моделями зерновых сеялок,
выпускаемых отечественной промышленностью, являются СЗ-
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3,6А, СЗС-2,1, СЗПЦ-12, СКС-8,6, АУП-18, «Конкорд-2812/2000»
и другие 2, 3, 4, 5.
Сеялка СЗ-З,6А предназначена для рядового посева семян
зерновых, крупяных и других культур близких к зерновым по
размерам семян и нормам высева, с одновременным внесением в
засеваемые рядки гранулированных минеральных удобрений
98. Посевная машина (рисунок 1.2) включает в себя следующие
рабочие органы: катушечные семявысевающие аппараты 13, туковысевающие аппараты 12 для гранулированных удобрений, семяпроводы 14 и сошники 1 с загорточами 16.
Рисунок 1.2  Зернотуковая сеялка СЗ-3,6: 1  сошник; 2  штанга
с пружиной; 3  сница; 4  прицепное устройство;
5  регулятор заглубления; 6  гидроцилиндр;
7  рама; 8  винтовая стяжка; 9  опорноприводное колесо; 10  зернотуковый ящик;
11  свето - возвращатель; 12  туковысевающий
аппарат; 13  катушечный семявысевающий аппарат; 14  семяпровод; 15  подножка;
16 – загортач
На раме 7 сеялки закреплен зернотуковый ящик 10, разделенный перегородкой на два отделения: переднее – для семян, а
заднее – для удобрений. К дну зернового отделения ящика прикреплены туковысевающие аппараты 12 для удобрений. Спереди
на раме 7 смонтированы валы подъема сошников, гидроцилиндр
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 и укреплена сница 3 с прицепным устройством 4 для присоединения к трактору или сцепке. Сзади к раме 7 прикреплена подножка 15. Рама сеялки опирается на два опорно-приводных колеса 9. Для привода высевающих аппаратов имеется передаточный
механизм.
На сеялке СЗ-3,6А установлены двухдисковые однострочные сошники, состоящие из двух стальных дисков, соединенных
корпусом. Диски смонтированы на подшипниках с одноразовой
смазкой, закрепленных на оси, в корпусе сошника. К недостаткам
данных сошников относится то, что они не обеспечивают необходимые агротребования, предъявляемые к глубине заделки семян, сложны в изготовлении и эксплуатации.
В последнее время все большее распространение получает
установка различных типов лаповых сошников для подпочвенноразбросного посева зерновых культур на сеялки типа СЗ-3,6А.
Так, коллективом авторов под руководством доктора технических
наук, профессора кафедры «Сельскохозяйственные машины»
Н.П. Ларюшина ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» был разработан
лаповый сошник (Патент РФ № 2185715 А 01 С 7/20), который
состоит из плоскорежущей лапы 1 (рисунок 1.3), стойки 2, семяпровода 3 с отражателем 5, распределителя семян 4, катка 6 и механизма регулировки 7.
Рисунок 1.3  Сошник для подпочвенно-разбросного посева
сельскохозяйственных
культур
конструкции
Пензенской ГСХА: 1  лапа плоскорежущая;
2  стойка; 3  семяпровод; 4  распределитель
семян; 5  отражатель; 6  каток; 7  механизм
регулировки
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Полевые испытания сеялки с лаповыми сошниками, показали, что посевной агрегат устойчиво выполняет технологический
процесс подпочвенно-разбросного посева зерновых культур при
совмещении с предпосевной культивацией, однако применение
данной сеялки весьма ограничено на стерневых фонах.
Сеялка зерновая широкозахватная стерневая СС-6,0А
«Baster» производства ОАО «Стерлитамакская машиностроительная компания» (г. Стерлитамак, р. Башкортостан) (рисунок
1.4) с приспособлением для полосной обработки почвы предназначена для посева семян зерновых, мелко- и среднесеменных
бобовых культур по стерневым фонам с одновременным внесением удобрений и полосным рыхлением. Аналогом сеялки является сеялка фирмы «Кейс».
Рисунок 1.4  Общий вид стерневой сеялки СС-6,0 А «Baster»
Отличительной особенностью конструкции сеялки СС-6,0А
является наличие прицепа-рыхлителя с гофрированными дисками, прикатывающих колес за каждым сошником. Механизм привода зерновых и туковых высевающих аппаратов выполнен от
двух опорно-приводных колес. Рабочие органы сеялки СС-6,0А
«Baster» выполнены в виде двухдисковых сошников, обеспечивающих рядковый посев; прицеп-рыхлитель обеспечивает нарезание бороздок (перед каждым сошником) при посеве по стерневым фонам.
К недостаткам этой сеялки можно отнести неустойчивый
ход сошников по глубине и невозможность осуществления раз11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бросного посева. Кроме того, применение дисков для разрезания
стерни обосновано лишь для осуществления рядового посева.
Зернотуковая сеялка СЗС-2,1Л (рисунок 1.5) предназначена для посева зерновых, мелко- и среднесеменных и зернобобовых культур лентой шириной 12–14 см с одновременной предпосевной культивацией, внесением гранулированных удобрений и
рядовым прикатыванием почвы после посева на стерневых фонах
в районах с недостаточным увлажнением и почвами, подверженными ветровой эрозии 103. Основные узлы: пневматическое
опорное колесо 1, зернотуковый ящик 4, подножная доска 5, механизм привода 3, сошники 7, рама 8, прицепное устройство 2,
прикатывающие катки 6, гидравлическое приспособление и высевающие аппараты. Сошники смонтированы на раме в три ряда.
Рисунок 1.5  Сеялка-культиватор СЗС-2,1Л: 1  опорное колесо;
2  прицепное устройство; 3  механизм привода;
4  зернотуковый ящик; 5  подножная доска;
6  прикатывающий каток; 7  сошник; 8 – рама
Каждый сошник состоит из двух амортизационных пружин
6 (рисунок 1.6), сошника с рассекателями, лапы 14, лотка 12, направителя 2, накладки 4, стоек 11 и 13, кронштейна 3. Пружины
установлены на направителе, которые вибрируя во время работы
сеялки, способствуют самоочищению рабочих органов. Сошник
сварной конструкции образован стойкой, лотком и приклепанной
лапой. Полость стойки сошника в нижней части закрыта отража12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
телем, который прикреплен к лотку. Отражатель способствует
лучшей укладке семян и удобрений на дно борозды. Распределитель семян прикреплен к основанию стойки и выполнен в виде
двухгранного корпуса с углом при вершине 12º высотой 80 мм.
Внизу грани переходят в криволинейные поверхности. Ширина
распределителя у основания 45 мм.
Рисунок 1.6  Сошник сеялки СЗС-2,1Л: 1, 5 и 10  болты; 2  направитель; 3  кронштейн; 4  накладка; 6  пружина; 7  шайба; 8 и 9  гайки; 11 и 13  стойки;
12  лоток; 13  лапа
Недостатками данной сеялки являются невозможность осуществления сплошного посева, неустойчивый ход по глубине и
повышенное тяговое сопротивление.
Для интенсивных технологий возделывания зерновых культур создана пневматическая сеялка СЗПЦ-12 (рисунок 1.7), содержащая раму 1, установленный на ней бункер 2 для семян с
пневматическими высевающими аппаратами, семяпроводы 3,
разбрасывающий орган 4, выполненный в форме диска с лопа13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стями в виде гиперболической синусоиды, бороздообразующий
каток 5 и заделывающее устройство 6 2.
Сеялка работает следующим образом: при движении посевного агрегата по влажной почве бороздообразующий каток 5
формирует борозды в форме прямоугольного треугольника, угол
откоса которых больше угла естественного откоса сельскохозяйственных культур, а семена из бункера по семяпроводам 3 поступают на лопасти вращающегося диска и разбрасываются по поверхности поля. Семена, получая определенную кинетическую
энергию и падая на откос, скатывается на дно борозды до упора в
ее вертикальную часть.
Рисунок 1.7  Схема пневматической сеялки СЗПЦ-12: 1  рама;
2  бункер; 3  семяпровод; 4  разбрасывающий
орган; 5  каток бороздообразующий; 6  устройство заделывающее
По сравнению с агрегатом из трех сеялок СЗ-3,6 сеялка
СЗПЦ-12 улучшает качество посева благодаря стабильности стыковых междурядий и применению сошников рыхлителей следа
тракторных колес. При этом повышается производительность за
счет увеличения ширины захвата. Однако сеялка устойчиво выполняет лишь поверхностно-разбросной посев, недостатком которого является неудовлетворительное распределение семян по
площади рассева и глубине.
Агрегат универсальный посевной плоскорежущий АУП-18
(рисунок 1.8), производства ООО «Сельмаш» г. Сызрань, предназначен для сплошного посева зерновых, зернобобовых культур и
семян трав по стерневым фонам и зяби с внесением гранулиро14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ванных удобрений, с одновременной предпосевной культивацией
на глубину до 120 мм.
Рисунок 1.8  Общий вид агрегата универсального посевного
2АУП-18
Рисунок 1.9  Комбинированный посевной агрегат АУП-18:
1  рама; 2  бункер для семян; 3  зерновой
высевающий аппарат; 4  туковый высевающий
аппарат; 5  привод высевающих аппаратов;
6  фиксатор колеса; 7  прикатывающие катки;
8  опорно-двигательные колёса; 9  гидроцилиндры;
10  сошник; 11  маркер; 12  инструментальный
ящик; 13  загортач; 14  механизм заглубления;
15  звено; 16  тяга; 17  чистик; 18  дышло
Агрегат универсальный посевной АУП-18 (рисунок 1.9) состоит из пространственной сварной рамы 1, двух зернотуковых
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ящиков 2 с высевающими зерновыми 3 и туковыми 4 аппаратами,
смонтированными на днище и задней стенке зернотуковых ящиков соответственно. Привод 5 высевающих аппаратов состоит из
двух цепных передач от прикатывающих катков 7, двух цепных
редукторов и двух цепных передач на валы семя- и туковысевающих аппаратов [2].
На нижних брусьях рамы 1 на специальных кронштейнах
закреплены сошники (рисунок 1.10) 10 (рисунок 1.9) в три ряда
по шесть в каждом ряду. К переднему брусу рамы крепится прицепное дышло с параллелограмным механизмом, управляемое
гидроцилиндром, что обеспечивает подъем передней части агрегата при переводе его из рабочего положения в транспортное.
Задние опорно-двигательные колеса 8 служат для транспортировки агрегата в нерабочем положении и подъема задней части агрегата. В рабочем положении колеса 8 находятся в приподнятом
положении, а задней опорой служат прикатывающие катки 7, от
которых получают привод зерно- и туковысевающие аппараты.
От левой секции катков получают привод туковысевающие аппараты, а от правой секции – зерновысевающие аппараты.
Рисунок 1.10  Общий вид сошника агрегата АУП-18
Катки имеют чистики 17, установленные на специальном
брусе сзади катков, к которому крепится загортач 13, выполненный в виде цепи. Справа и слева в передней части рамы агрегата
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шарнирно закреплены пространственные штанги маркеров 11,
управляемые гидроцилиндрами.
К недостаткам данной сеялки можно отнести то, что при работе наблюдается образование ядра уплотнения почвы на носке
лапы сошника, что приводит к увеличению тягового сопротивления агрегата и неустойчивости хода сошника по глубине, затруднён сход сорняков с сошника.
Сеялка-культиватор стерневая СКС-8,6 предназначена
для основной, паровой и предпосевной обработки почвы, безрядкового (сплошного) посева сельскохозяйственных культур, а
также для прямого посева по стерневым фонам (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11  Сеялка-культиватор СКС-8,6: 1  дышло; 2  рама;
3 – сферический сошник; 4  трубчатая стойка
сошника; 5  привод высевающего аппарата;
6  задние опорные колеса
Агрегат за один проход по полю выполняет рыхление почвы
на глубину заделки семян, подготовку выровненного семенного
ложа, высев семян и удобрений разбросным способом, выравнивание, измельчение крупных комков почвы, мульчирование поверхностного слоя. При этом одновременно выравнивается поверхность почвы и заделываются на небольшую глубину семена
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сорняков. Агрегат имеет состоящую из трех шарнирносочлененных секций раму, два ряда сферических сошников, установленных горизонтально на трубчатых стойках, сферические,
вертикально установленные диски, прикатывающие катки и
мульчирующие цепочки с почвозоцепами, передние и задние
опорные колеса, бункеры для семян и гранулированных удобрений, прицепное устройство, гидрофицированные маркеры.
К недостаткам этой сеялки можно отнести сложность конструкции и высокое удельное тяговое сопротивление агрегата.
Посевной комплекс КСКП-2,1×3 «Омич» (рисунок 1.12)
предназначен для полосного посева семян зерновых и зернобобовых культур по стерневым и безотвальным фонам с одновременным прикатыванием почвы и внесением гранулированных минеральных удобрений. Одновременно с посевом семян обеспечивается подрезание сорняков. Посевной комплекс может использоваться для культивации паров.
Рисунок 1.12  Общий вид посевного комплекса КСКП-2,1×3
«Омич»
К недостаткам данной сеялки можно отнести то, что при работе наблюдается образование ядра уплотнения почвы на носке
лапы сошника, что приводит к увеличению тягового сопротивления агрегата и неустойчивости хода сошника по глубине, затруднён сход растительных остатков с сошника, малая ёмкость зернотуковых ящиков, сложность конструкции сошниковых групп.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Почвообрабатывающий посевной комплекс «Конкорд2812/2000» («Конкорд-Кузбасс») (рисунок 1.13) прицепной с централизованным дозированием и пневматическим транспортированием семян и удобрений в сошники предназначен для посева
семян зерновых культур с одновременным внесением удобрений
по стерне без предварительной вспашки, а также по подготовленным фонам.
Рисунок 1.13  Посевной комплекс «Конкорд-2812/2000»
Данный комплекс обеспечивает за один проход обработку и
подготовку почвы, посев, боронование и послепосевное прикатывание почвы. К недостаткам комплекса можно отнести сложность
в конструкции рабочих органов, большую металлоемкость конструкции, большие эксплуатационные затраты, неустойчивый ход
сошников по глубине.
Анализ технических средств, применяемых для посева зерновых культур показал, что наиболее эффективными являются
сеялки, посевные агрегаты и комплексы, позволяющие за один
проход производить предпосевную обработку почвы с одновременным посевом зерновых культур, внесением минеральных
удобрений и прикатыванием почвы, а также осуществлять посев
по стерне. Наиболее целесообразно применять почвообрабатывающие посевные агрегаты и комплексы с лаповыми сошниками,
работающие по ресурсосберегающим технологиям возделывания
зерновых культур.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.3 Обзор и анализ конструктивных схем сошников
зерновых сеялок
Применяемые в настоящее время на зерновых сеялках сошники, по характеру взаимодействия с почвой, можно разделить на
три группы (рисунок 1.15): сошники с тупым углом вхождения в
почву; сошники с прямым углом вхождения в почву и сошники,
имеющие острый угол вхождения в почву. К первой группе относятся одно–, двух– и трехдисковые сошники, килевидные простые и килевидные комбинированные. Ко второй группе можно
отнести трубчатые сошники. К третьей группе относятся анкерные и лаповые.
Процессы бороздообразования сошником с тупым углом вхождения в почву и с острым – имеют существенные различия. Оба типа
сошников образуют борозду, раздвигают почву в сторону, но сошник с острым углом вхождения одновременно поднимает почву, а
сошник с тупым углом вхождения вдавливает ее вниз. В результате
дно и стенки борозды, образованные сошником с тупым углом
вхождения, уплотняются. Сошник же с острым углом, сдвигая
почву вперед и в стороны, образует борозду с рыхлыми неровными стенками, причем ее ширина по верху больше ширины
сошника 2, 4. Для привлечения влаги к семенам необходимо
создать сеть капилляров, уплотняя для этого дно борозды. В значительной степени это осуществляется сошниками с тупым углом
вхождения в почву и в меньшей – сошниками с острым углом.
Дисковые сошники имеют тупой угол вхождения, но, вследствие
вращения, диски, погружаясь в почву, перемещают ее частицы
вниз, а затем увлекают их вверх действием сил трения 2.
Анализ процесса работы лаповых сошников показал, что
они перемещают почву вверх, вперед и в стороны, но при этом
значительно уплотняют дно борозды, создавая тем самым благоприятные условия для роста семян и развития растений.
Для осуществления подпочвенно-разбросного посева в настоящее время используют сошники, выполненные в виде закрытых стрельчатых лап, внутри которых устанавливаются различной конструкции распределители семян. Первые попытки создания рабочего органа для подпочвенно-разбросного посева семян
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сошники зерновых сеялок
С тупым углом вхождения
в почву
Килевидные
21
Простые
С прямым углом вхождения
в почву
Дисковые
Трубчатые
Комбинированные
Однодисковые
Анкерные
Простые
Двухдисковые
Трехдисковые
Простые
Комбинированные
С острым углом вхождения
в почву
Комбинированные
С прямой
стойкой
С бороздообразователем
Рисунок 1.14  Классификация сошников зерновых сеялок
21
Лаповые
С изогнутой
стойкой
Без бороздообразователя
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зерновых культур были предприняты еще в начале 30-х годов
профессором К.Н. Васильевым. В качестве наральника в нем использовалась плоскорежущая культиваторная лапа, под которой
располагался разбрасыватель семян. В последующем исследованиям и научным обоснованиям конструкций сошников для подпочвенно-разбросного посева и их распределительных устройств
были посвящены работы Н.П. Ларюшина, В.Я. Ковалева, К.З.
Кухмазова, А.Н. Седашкина, А.А. Будагова, Е.Л. Косолапова,
А.А. Логунова, Х.С. Гайнапова, Т.М. Белодедовой, А.В. Мачнева
и многих других 2.
1.3.1 Обзор конструкций сошников для подпочвенноразбросного посева семян зерновых культур
В настоящее время все большее распространение получает
подпочвенно-разбросной посев по стерневым фонам, который позволяет совместить предпосевную обработку почвы с посевом,
улучшить равномерность обеспечения растений продуктами питания и влагой, сократить сроки посевной кампании и затраты
труда. Эффективность подпочвенно-разбросного посева по стерневым фонам заключается в повышении не только урожайности
зерновых культур на 10–20 % за счет улучшения условий развития растений, но и увеличения противоэрозионной устойчивости
растений, экономии эксплуатационных материалов и времени. То
есть, проблема разработки новых посевных рабочих органов,
обеспечивающих более равномерное распределение семян по
площади поля и наименьшее тяговое сопротивление, является актуальной. Таким образом, одним из перспективных рабочих органов является комбинированный сошник с заделывающей
стрельчатой лапой и бороздообразующим рабочим органом 2.
В Казанском сельскохозяйственном институте разработан
комбинированный сошник для посева зерновых культур. Сошник
выполнен в виде полой стойки 1 (рисунок 1.15), снабженной жестко закрепленной лапой 2 выпуклой формы. С тыльной стороны
лапы 2 размещена семенная камера 3, имеющая сферическую поверхность 4 и закрытая кожухом 5. Внутри стойки 1 помещен
формирователь потока семян 6, выполненный в виде винтового
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шнека, ось шнека жестко закреплена, на выходе размещен веерный распределитель 7. Посредством кронштейна 8 к стойке 1
прикреплен дисковый нож.
Рисунок 1.15  Сошник с бороздообразующим рабочим органом
в виде дискового ножа: 1  стойка; 2  лапа;
3  семенная камера;
4  сферическая поверхность; 5  защитный кожух; 6  формирователь
потока семян; 7  веерный распределитель;
8  кронштейн; 9  дисковый плоский нож
Сошник работает следующим образом. В процессе прохождения рабочего органа в слое почвы происходит резание со скольжением корней сорняков и растительных остатков, при этом дисковый плоский нож 9, разрезая слой почвы, обеспечивает проход
стойки 1 в почве. Семена, поступающие в стойку 1 из семяпровода
и подаются на формирователь потока 6, далее через веерный распределитель 7 подаются на сферическую поверхность 4 и укладываются на дно борозды. Недостатками сошника является малая
ширина рассева, сложность изготовления конструкции и неудовлетворительная равномерность заделки семян по глубине.
В.А. Бахмутовым, В.А. Любчичем, В.И. Ковзаловым, В.А.
Терехиным из Оренбургского сельскохозяйственного института
предложен сошник (Патент РФ № 2021657, 01 С 7/20 от 30.10.94 г.),
состоящий из вертикального дискового ножа 4 (рисунок 1.16),
семяпровода 1, стойки 2 с лобовой поверхностью 3 в виде клина,
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
огибающего диск, стрельчатой лапы 6, вилки 5 крепления диска,
пружины 8. Дисковый нож 4 выполнен подпружиненным.
Рисунок 1.16  Сошник: 1  семяпровод; 2  стойка; 3  лобовая
поверхность; 4  диск; 5  вилка крепления диска;
6  стрельчатая лапа; 7  ось; 9  пружина
К недостаткам данного сошника можно отнести: 1) неудовлетворительную равномерность глубины заделки семян, связанную с тем, что при работе подпружиненный дисковый гофрированный нож образует щель, в которую забивается растительные
остатки; 2) при работе на влажных почвах, содержащих каменистые и растительные включения, будет происходить забивание
дискового ножа и пространства между диском и стойкой сошником, что приведёт к неустойчивой работе сошника по глубине и
увеличению тягового сопротивления.
Известен сошник для подпочвенно-разбросного посева, конструкции Е.Л. Косолапова и В.Г. Гниломедова (рисунок 1.17).
Ширина захвата сошника составляет 420 мм, рабочая поверхность представляет собой сложный криволинейный профиль, перед стойкой сошника установлен режущий клин 3, наклоненный
вперед по ходу движения.
К недостаткам данного сошника следует отнести неспособность распределять семена по всей ширине захвата, в результате
чего более 40 % поверхности поля остается незасеянной растениями, а также низкую ремонтопригодность.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.17  Сошник с режущим клином: 1  стойка; 2  лапа;
3  режущий клин; 4  защитный кожух;
5  распределитель
Рабочий орган зернотуковой стерневой сеялки, разработанный под руководством Смоленцева Л.П. (рисунок 1.18), состоит
из основной стойки 1 клиновидной и обтекаемой по направлению
движения формы, к нижней части которой прикреплен рыхлитель
2, имеющий форму стреловидного клина, полого трубчатого зернового сошника 3, который с помощью кронштейна 4 и оси 5
шарнирно закреплен на основной стойке 1, а с помощью вилки 6
через ось 7 и кронштейн 4 подпружинен к основной стойке 1.
На подошве рыхлителя 2 закреплен сменный нож 8 стреловидной формы. К задней стенке стойки 1 прикреплена труба 9
для присоединения тукопровода. В нижней части зернового сошника 3 имеется клиновидный наконечник, состоящий из дна и
крышки, имеющих полуворонкообразную форму разного радиуса
и образующих щелевидную полость. Внутри наконечника, по
центру его установлен распределитель семян в форме двугранного клина, обращенного вершиной вверх, с рабочими гранями в
виде скатных поверхностей.
К недостаткам данного сошника можно отнести: недостаточное очищение стреловидного клина от почвы и растительных
остатков; образование ядра уплотнения почвы на носке стреловидного клина, что отрицательно сказывается на устойчивости
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
движения сошника по глубине, сложность конструкции в изготовлении и эксплуатации. Всё это приведёт к снижению урожайности и качеству семян сельскохозяйственных культур.
Рисунок 1.18  Рабочий орган сеялки зернотуковой стерневой:
1  стойка; 2  рыхлитель; 3  зерновой сошник;
4  кронштейн; 5, 7  ось; 6  вилка; 8  нож;
9  труба
С.А. Родимцев и В.П. Пьяных разработали сошник сеялкикультиватора для широкополосного посева (Пат. № 2233063), состоящий из семяпровода 1 (рисунок 1.19), стойки 2, культиваторной лапы 3, вертикального ножа 4, киля 5, разбрасывателя семян
6 и распределителя семян 7.
К недостаткам данного сошника можно отнести: постоянное
выглубление из почвы вертикального ножа с тупым углом вхождения в почву, который увлекает за собой сошник, что ведёт к
постоянному колебанию глубины хода сошника и выпаду семян
на поверхность почвы; сложность конструкции в изготовлении и
эксплуатации.
Дальневосточным научно-исследовательским и проектнотехнологическим институтом механизации и электрификации
сельского хозяйства был предложен сошник стерневой сеялки
(Пат. № 2219696), содержащий трубчатый семятукопровод 1 (ри26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сунок 1.20), культиваторную стойку 2, выполненную в форме
рыхлительного зуба, к задней стороне которой крепится стрельчатая лапа 3 таким образом, чтобы нижний обрез стойки 2 находился в плоскости резания стрельчатой лапы 3.
Рисунок 1.19  Сошник сеялки культиватора: 1  семяпровод;
2  стойка; 3  культиваторная лапа; 4  вертикальный нож; 5  киль; 6  разбрасывателя семян; 7  распределителя семян
Рисунок 1.20  Сошник стерневой сеялки: 1  семятукопровод;
2  стойка; 3  стрельчатая лапа
Недостатками данного сошника являются: залипание сошника почвой из-за образования ядра уплотнения почвы на носке
рыхлительного зуба, который при увеличении размеров переходит на крылья стрельчатой лапы, вследствие чего сошник теряет
устойчивость хода по глубине, при этом ухудшается качество
распределения семян по глубине и повышается тяговое сопро27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тивление;
невозможность
осуществления
подпочвенноразбрасного посева из-за отсутствия распределителя семян; недостаточный сход пожнивных остатков и сорняков с рыхлительного зуба. Все перечисленные недостатки ведут к снижению
урожайности зерновых культур.
1.3.2 Обзор конструкций бороздообразующих рабочих
органов сошников
С целью уменьшения тягового сопротивления лаповых
сошников зерновых сеялок и более устойчивого хода по глубине
при работе на твердых стерневых фонах на сошниках устанавливают бороздообразователи для создания первичной борозды.
Благодаря бороздообразователям рубящее резание почвы стойкой сошника заменяется скользящим резанием. Главной причиной неустойчивой работы сошников по глубине, является образование ядра уплотнения почвы на носке стрельчатой лапы сошника. Для предотвращения этого эффекта перед сошниками устанавливают бороздообразующие рабочие органы, которые можно
разделить по значению угла вхождения в почву на три группы
(рисунок 1.21): бороздообразователи с тупым (дисковый, килевидный), с прямым (ножевидный) и с острым (прямолинейные,
криволинейные и комбинированные) углами вхождения.
Следует отметить тот факт, что бороздообразователи с тупым углом вхождения имеют существенные недостатки: при
движении в почве они постоянно стремятся выглубиться, что существенно влияет на равномерность распределения семенного
материала по глубине; при работе на влажных почвах происходит
недостаточное их самоочищение. Бороздообразователи с прямым
углом вхождения плохо заглубляются, имеют повышенное тяговое сопротивление и не способствуют устойчивому ходу сошника по глубине. Бороздообразователи с острым углом вхождения
(рыхлительные зубья) обеспечивают устойчивость хода по глубине и достаточное самоочищение от пожнивных остатков и почвы. Поэтому в регионах Поволжья рекомендуется применение на
сошниках рыхлительных зубьев (бороздообразователей) с острым углом вхождения в почву.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
Рисунок 1.21  Классификация бороздообразователей
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ПОЧВЫ
Академиком В.П. Горячкиным и другими учёными было замечено, что обоснование технологических схем, разработка отдельных рабочих органов и оценка качества работ сельскохозяйственных машин должны основываться на углубленном изучении
рабочей среды, свойств материалов и растений, участвующих в
технологическом процессе [2].
При разработке конструкций сошниковых групп сеялоккультиваторов необходимо изучить физико-механические свойства почвы, так как на их основе осуществляются расчет и обоснование оптимальных конструктивных параметров рабочих органов [3].
Физико-механические свойства почвы в научной литературе
описаны достаточно полно, однако следует заметить, что в литературных источниках свойства материалов описываются в общем
случае, а в процессе исследования возникает необходимость изучения того материала, на который воздействуют рабочие органы
машин. Поэтому встал вопрос корректирования показателей
влажности, твёрдости, абсолютной и объемной массы, фрикционных свойств почвы, которые определяют технологический
процесс подпочвенно-разбросного посева.
2.1 Характеристика почв Пензенской области
Несмотря на сравнительно небольшие размеры области почвенно-климатические условия на территории далеко не одинаковы. Зависимость почв от климата в области хорошо проявляется в
изменении почвенного покрова с севера на юг. Неодинаковый
рельеф и связанные с этим микроклиматические особенности
обуславливают значительную пестроту в распределении почв
разных подтипов, видов и разновидностей.
Пензенская область расположена в основном в лесостепной
зоне. Под лесами развиты различные типы серых лесных почв,
под степными участками – черноземы, что подчеркивает тесные
связи почв и растительности. Основными типами почв хозяйств
области являются черноземы (75,2 %), серые лесные (20,1 %) и
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
почвы речных долин. Более 200 тыс. га земель хозяйств занято
эродированными (смытыми) почвами, что составляет 7 % земельного фонда. Менее других распространены болотные и засоленные почвы [9].
С учетом природно-климатических факторов Пензенская
область делится на четыре агропочвенные зоны: ВадинскоМокшанскую (северо-западная); Белинско-Сердобскую (югозападная); Никольско-Городищенскую (северо-восточная); Кузнецко-Лопатинскую (юго-восточная).
Структура почв Пензенской области вышеперечисленных
зон приведена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Структура почв Пензенской области, %
Серые лесные
светло-серые
серые
тёмно-серые
Всего
Чернозёмы
оподзоленные
выщелоченные
типичные
Всего
Прочие
Всего
по области
БелинскоСердобская
НикольскоГородищенская
КузнецкоЛопатинская
Почвы
ВадинскоМокшанская
Зона
2,6
4,6
7,8
15,0
0,2
0,6
2,4
3,2
31,3
29,3
21,0
81,6
5,5
6,6
22,3
34,4
4,6
6,0
9,5
20,1
12,8
64,6
1,3
78,7
6,3
1,4
73,2
18,8
93,4
3,4
3,5
11,7
15,2
3,2
4,1
53,4
57,5
8,1
7,4
61,1
6,7
75,2
4,7
Охарактеризуем агропочвенные зоны Пензенской области.
1. Вадинско-Мокшанская зона занимает центральную и северо-западную части области. Поверхность лежит ниже 200 м над
уровнем моря. В почвенном покрове преобладают выщелоченные
и оподзоленные суглинистые и глинистые черноземы. Серые
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лесные и подзолистые почвы распространены на приречных
склонах и местами на водоразделах под сохранившимися островками лесов.
2. Белинско-Сердобская зона занимает юго-западную часть
области. В рельефе чередуются низменности с широкими пойменными асимметричными долинами, возвышающимися на 220–
250 м над уровнем моря. В районе преобладают средневыщелоченные и тучные черноземы. У почв высокое плодородие, поэтому район характеризуется большой распаханностью.
3. Никольско-Городищенская зона занимает северо-восточную часть области, она наиболее увлажненная и прохладная, с
запада и юга ограничена рекой Сурой. Рельеф района холмистовозвышенный. Здесь располагается Сурское плато с высотой до
300 м над уровнем моря. Почвенный покров района беден, преобладающие серые лесные почвы различного механического состава, в том числе песчаные и щебенчатые, оподзоленные, малоплодородные и занятые лесами. Более плодородны темно-серые лесные почвы и оподзоленные черноземы, встречающиеся островами, и лугово-черноземные почвы надпойменных террас.
4. Кузнецко-Лопатинская зона занимает юго-восточную
часть области, характеризуется наименьшим увлажнением в области. В восточной части района между Узой и Кададой значительно распространены темно-серые лесные почвы, которых почти нет к западу от Узы, где господствуют выщелоченные черноземы.
Таким образом, Пензенская область имеет в основном благоприятные почвенно-климатические условия для сельскохозяйственного производства, но потенциал продуктивности ее земельных ресурсов понижен из-за дефицита увлажнения.
Анализ почв Пензенской области показал, что наиболее распространенными являются черноземы, на долю которых приходится 75,2 %. Поэтому дальнейшие исследования физикомеханических свойств почвы будем проводить на примере среднесуглинистого чернозема.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2 Методика проведения и результаты исследований
физико-механических свойств почвы
При исследовании физико-механических свойств почвы в
основу были приняты положения ГОСТ 12041-82, ГОСТ 1203685, а также методики ВИСХОМ [6, 7].
Особенность исследований физико-механических свойств
сельскохозяйственных материалов состоит в том, что практически все измеряемые величины носят случайный характер, поэтому исследования проводятся в пятикратной повторности, а обработку данных целесообразно проводить с использованием статистических методов определения характеристик. При исследованиях использовались следующие показатели, характеризующие
вариационный ряд: средняя арифметическая ошибка x , среднеквадратическое отклонение  , коэффициент вариации v , средняя
ошибка S x и относительная ошибка выборочной средней S x% . Каждый из перечисленных показателей определялся по формулам
вариационной статистики [2], что позволило с достаточной точностью установить допустимые пределы, в которых экспериментальные данные достаточно достоверны. Приборы и оборудование для получения числовых данных выбирались согласно ГОСТ
с учетом массовости измерений.
2.2.1 Определение влажности почвы
Влажность почвы как физический фактор может резко изменять механические свойства почвы. Одна и та же почва различной влажности может быть твердой и мягкой, следовательно,
от влажности почвы зависит характер её деформации при воздействии рабочих органов машин [8.
Влажность почвы характеризуется содержанием воды в
единице веса сухого вещества. Пробы на влажность почвы берут
в слоях 0–5 см, 5–10см, 10–15 см и немедленно помещают в алюминиевые стаканчики, которые для доставки в лабораторию упаковывают в полиэтиленовые мешочки. Для определения влажности почвы в лабораторных условиях используют сушильный
шкаф СЭШ-3М (рисунок 2.1). Прибор представляет собой не33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
большую сушильную камеру 5, защищенную слоем теплоизоляции, с дверкой 6 для загрузки бюксов. Камера снабжена вращающимся столом 3, приводимым во вращение турбиной с шестеренчатым редукторным устройством, помещенной в кожухе нагревателя шкафа. Вращение этой турбины и обмен воздуха в
шкафу обеспечиваются воздушным потоком, создаваемым центробежным вентилятором. Рабочая температура в сушильной камере обеспечивается электрическим нагревателем 1, помещенным в нижней части шкафа, и поддерживается на заданном уровне с помощью терморегулятора 4, состоящего из ртутного контактного термометра, понижающего трансформатора и реле [6.
Рисунок 2.1  Сушильный шкаф СЭШ-ЗМ: 1  электрический
нагреватель; 2  выключатель; 3  вращающийся
стол; 4  терморегулятор; 5  сушильная камера;
6 – дверка загрузки бюксов
Нагреватель состоит из двух параллельных секций: основной мощностью 600 Вт и дополнительной мощностью 550 Вт.
Дополнительная секция включается правым выключателем для
ускоренного разогрева шкафа, для подсушивания и для работы
шкафа при температурах свыше 120 °С. Основная секция включена в цепь терморегулятора. Выключатели 2 нагревателей и
гнезд контактного термометра расположены на панели шкафа.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К сушильному шкафу придается специальный охладитель,
представляющий собой цилиндрический кожух с вентилятором,
продувающим воздух через круглые отверстия в верхней части
кожуха.
При установке в гнездах вращающегося стола обычных
алюминиевых бюксов с почвой нагретый воздух выходит через
узкие прорези, окружающие каждый бюкс, причем струя воздуха,
оставаясь вне бюкса, не создает опасности выдувания твердых
частиц.
Подсушивание образцов проводят в нижеследующем порядке.
1. Сушильный шкаф разогревают до температуры 105 °С.
2. Взятые навески почвы, высыпают в бюксы и закрывают
крышками.
3. Открывают дверцу и, придерживая ручку вращающегося
стола одной рукой, другой вкладывают фигурные вкладыши в
гнезда стола, следя за тем, чтобы все вкладыши вошли в углубления стола без перекосов.
4. Загружают сушильную камеру бюксами с почвой. При
недостаточном количестве образцов (менее 5 шт.) свободные
гнезда вкладышей закрывают заглушками.
5. Закрывают дверцу и записывают время начала подсушивания; подсушивание проводят при включении обоих нагревателей.
Выдержав принятую методикой экспозицию, образцы осторожно извлекают из сушильной камеры и устанавливают в гнездах охладителя, причем свободные гнезда закрывают заглушками. После охлаждения каждый подсушенный образец взвешивают и рассчитывают процент убыли веса образца при подсушивании.
Весовая влажность почвы (абсолютная) определяется по
формуле
,
(2.1)
где а – вес пробы почвы до высушивания, г;
а1 – вес пробы почвы после высушивания, г.
Результаты по определению влажности (абсолютной) представлены в таблице 2.3 и на рисунках 2.5, 2.7, 2.10 в виде зависимостей.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2.2 Определение массовых характеристик почвы
К массовым характеристикам почвы относятся: величина
объемного и удельного веса почвы.
Величина объемного веса различных почв зависит от её
свойств, в особенности от механического состава, структурности
и содержания гумуса. Объемный вес и влажность почвы определяют при помощи прибора Ковалева (рисунок 2.2), который состоит из внешнего металлического сосуда и устройства для взвешивания образца (образец берут с ненарушенным строением).
Рисунок 2.2  Плотномер-влагомер Ковалева: а  в собранном
виде; б  в разобранном виде; 1  внутренний сосуд; 2  внешний сосуд; 3  канавки; 4  гирьки;
5  рычаг с грузиками; 6  нож; 7  дно цилиндра
для взятия почвенной пробы рыхлого сложения;
8  направляющая для вдавливания цилиндра в
почву; 9  цилиндр для взятия почвенных проб;
10  крышка наружного сосуда
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пустотелый стальной цилиндр 9 с заостренными кромками
вдавливают в почву, для чего используют направляющий стержень 8. Балласт для уравновешивания кладут в канавки 3. В связи
с наличием балласта шкала на рычаге начинается не с нуля, а со
110 г (вес балласта). Цилиндр извлекают из почвы так, чтобы его
емкость (100 см3) была использована с избытком, который удаляют ножом 6. Остаток образца (100 см3) высыпают во внутренний сосуд и взвешивают при помощи рычага 5 и гирьки 4 с точность до 1 г.
В конце опыта от образца отбирают навеску на влажность,
объемный вес с естественной влажностью вычисляют по формуле
,
(2.2)
где  объемный вес почвы с естественной влажностью, г/см3;
а  вес образца объемом 100 см3, г.
Определив влажность почвы W обычным методом высушивания и зная объемный вес влажной почвы, вычисляют объемный
вес сухой почвы по формуле (формула справедлива для объема
образца 100 см3)
,
(2.3)
где
– объемный вес сухой почвы, г/см3;
– влажность почвы,проц.
При объеме образца V см3 эту формулу можно записать так:
,,,,, ,
(2.4)
– объем образца почвы, см3.
После определения объемного веса сырой почвы, во внутренний сосуд 2 наливают воду (около 2/3 емкости), тщательно
размешивают почву ножом 6 для того, чтобы удалить воздух из
почвенных пор. Затем внутренний сосуд вставляют во внешний и
полностью заливают водой оба сосуда так, чтобы внутренний сосуд с почвой находился под водой во внешнем. Эту операцию надо проводить осторожно, чтобы почва из внутреннего сосуда не
попала во внешний. Прибор выравнивают до горизонтального
положения, доливают воду до краев вырезов во внешнем сосуде и
проводят взвешивание с помощью правой гирьки, а левая в это
время находится в левом крайнем положении.
где
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отношение веса а твердой части почвы, полученного при
взвешивании в воде, к объему взятой почвенной пробы и есть
объемный вес сухой почвы:
,
(2.5)
Так как объем цилиндра для взятия почвенной пробы постоянный и равен 100 см3, то на шкалах прибора нанесены сразу все
величины объемного веса Δ и δ.
Если удельный вес исследуемой почвы неизвестен, то отсчет ведут по четвертой шкале, с последующим внесением поправки по следующим нормам:
- найденный удельный вес 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8;
- поправка, г/см3 +0,06; +0,03; 0,0; – 0,03; – 0,06.
Указанные поправки прибавляют к тому значению, которое
найдено по четвертой шкале.
Погрешность определения влажности указанным способом
не должна превышать 3 %, а погрешность определения объемного веса – 0,03 г/см3. Данные по определению удельного и объёмного веса почвы представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Результаты определения объёмного и
удельного веса среднесуглинистого чернозёма
Показатель
Объёмный вес, Н/м3
среднеквадратическое отклонение  c
коэффициент вариации vc , %
относительная ошибка выборочной средней S x% ,%
Удельный вес, Н/м3
среднеквадратическое отклонение  c
коэффициент вариации vc , %
относительная ошибка выборочной средней S x% ,%
38
Слой, см
0…8
8…16
10,20
10,40
1,03
0,94
5,80
6,10
3,98
3,92
24,90
1,04
6,30
25,40
1,02
5,90
3,94
3,97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Согласно полученным результатам таблицы 2.2, установлено, что удельный вес почвы в слое 0…8 см составил 24,9·10 3
Н/м3, в слое 8…16 см – 25,4·103 Н/м3; объёмный вес почвы в слое
0…8 см  10,2·103 Н/м3, в слое 8…16  10,4·103 Н/м3.
2.2.3 Определение липкости почвы
Липкость почвы – это способность почвы склеиваться и
прилипать к различным поверхностям.
Для определения липкости почвы на отрыв использовали
прибор, разработанный ВИСХОМ (рисунок 2.3) для определения
липкости почвы, состоящий из диска 1, навинченного на нижний
конец стержня 2, который, соприкасаясь с четырьмя парами роликов 3, может перемещаться лишь в вертикальном направлении,
чем обеспечивается одновременный отрыв от почвы всех точек
соприкасающегося с ней диска. Отрыв диска от почвы осуществляется нитью 4, один конец которой присоединен к верхнему
концу стержня, а другой – к чашке 5. Из специального бункера в
чашку поступает песок.
Рисунок 2.3  Схема прибора для определения липкости почвы
на отрыв: 1  диск; 2  стержень; 3  ролики;
4  нить; 5 – чашки
Диаметр диска равен 50 мм. Применение дисков, изготовленных из различных материалов, дает возможность оценивать
их по способности к залипанию.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Удельную силу отрыва диска принимают за показатель липкости. При обычных испытаниях почвы на липкость контакт диска с образцом обеспечивают грузом, устанавливаемым на площадку стержня из расчета 50 кПа. Нагрузка может отклоняться от
названной в диапазоне 10…100 кПа. Через 3 мин нагрузку снимают и производят отрыв. Использованный для этого песок вместе с чашей взвешивают на весах с точностью до 0,002 кг.
Липкость почвы на отрыв, характеризуется удельным усилием отрыва и вычисляется по формуле
Сл = Р/ S,
(2.6)
где Сл  удельное усилие отрыва, Ра;
Р  усилие отрыва, Н;
S  площадь сечения, м2.
Величину прилипания методом сдвига определяют при помощи прибора, состоящего из стола 1 с пластиной 8, движка 2 и
динамографа (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4  Схема прибора для определения липкости почвы
при сдвиге: 1  стол; 2  движок;
3

параллелограммный
четырехзвенный
механизм; 4  противовес; 5  динамограф;
6  барабан; 7  нить;
8  пластина;
9  почвенный образец; 10  сдвигающая полоса
Движок, присоединенный посредством двух параллелограммных четырехзвенных механизмов к станине 3, может иметь
в плоскости чертежа лишь поступательные перемещения. Величину и положение противовеса 4 выбирают такими, чтобы полоса
10 (изготовленная из фторопласта), прикрепленная к движку 2,
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
надавливала на пластину 8 с силой 10 Н. При вращении барабана
6 нить 7 тянет движок 2 вправо, при этом полоса 10 сдвигает почвенный образец 9. Усилие Р, возникающее в нити 7 в момент
сдвига почвы, записывается динамографом 5.
Сопротивление почвы сдвигу qτ Н/см2 определяют согласно
зависимости:
Р Т
,
(2.7)
где Р – усилие сдвига, измеренное в процессе опыта, Н;
Т – сила трения, возникающая на поверхности контакта полосы с пластиной, Н;
S – площадь контакта образца с пластиной, м2.
Величину силы Т определяют до начала опыта посредством
динамографа 5 при перемещении движка вдоль пластины. Образец 9 прилипает к пластине 8 также до начала опыта, для чего
применяют настольный пресс. Прессом развивают давление
0,5 Ра в течение 3 мин. Образец готовят в форме параллелепипеда, у которого основание 5×5 см, высота 3 см.
Результаты по определению липкости на отрыв и сдвиг
представлены в виде графиков зависимости от влажности почвы
(рисунок 2.5) и в таблице 2.3.
Рисунок 2.5 – Зависимость липкости почвы на сдвиг и отрыв
от влажности: --- липкость почвы на сдвиг,
▬ липкость почвы на отрыв
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аппроксимация полиномом второй степени зависимости
липкости почвы на сдвиг и отрыв от влажности почвы позволила
получить следующие уравнения:
q = 0,003 W2–0,060 W+0,368,
(2.8)
2
С =–0,008 W –0,444 W–3,646,
(2.9)
где q – липкость почвы на сдвиг, Па;
С – липкость почвы на отрыв, Па;
W – влажность почвы, проц.
Результаты исследований показали, что при влажности почвы от 10 до 40 % липкость почвы на сдвиг изменялась от 0,2 до
2,2 Па, максимальное значение при влажности почвы 27 %. Липкость почвы на отрыв при той же влажности колебалась в пределах 0,02…0,2 Па, при этом максимального значения достигла при
влажности почвы 33 %.
2.2.4 Определение твёрдости почвы
Твердость почвы – способность почвы сопротивляться внедрению инородного тела. Для определения твёрдости почвы использовали твердомер Ю.Ю. Ревякина (рис 2.6) состоящий из рукоятки 1, карандаша 2, миллиметровой бумаги 3, пружины 4,
штока 5, наконечника 6, рамки 7, передаточного механизма 8. Замеры проводились в пятикратной повторности по диагонали участка. В результате каждого эксперимента была получена диаграмма изменения деформации пружины твердомера по глубине
погружения наконечника в почву. Твёрдость почвы определялась
по формуле
Р
(2.10)
где k – жесткость пружины, Н/мм;
y – деформация пружины, мм;
s – площадь основания наконечника, мм2.
Аппроксимация полиномом второй степени зависимости
твёрдости почвы от её влажности почвы (рисунок 2.7) позволила
получить следующее уравнение
П=0,014 W2–1,046 W+20,81,
(2.11)
где П – твёрдость почвы, МПа; W – влажность почвы, проц.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
Рисунок 2.6  Твердомер Ю.Ю. Ревякина: а – принципиальная
схема; б  общий вид; 1  рукоятка;
2  карандаш; 3  миллиметровая бумага;
4  пружина; 5  шток; 6  наконечник; 7  рамка;
8  передаточный механизм
14
Твёрдость почвы, МПа
12
10
8
6
4
2
0
10
15
20
25
30
35
40
Влажность почвы, W (%)
Рисунок 2.7 – Зависимость твёрдости почвы от её влажности
В ходе проведения исследований было установлено, что
твёрдость среднесуглинистого чернозёма изменялась в пределах
от 11,41 до 1,45 МПа, при этом влажность почвы составляла
10…40 %. Установлена связь между твёрдостью почвы и её
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
влажностью, которая имеет вид П=0,014 W2–1,046 W+20,81. Результаты исследований приведены в таблице 2.3.
2.2.5 Определение фрикционных свойств почвы
Коэффициент трения покоя определяли на приборе ПСТ
(рисунок 2.8). Он состоит из нижней неподвижной панели 10, на
которой собраны все остальные части прибора; направляющие
стержни 11, на них опирается верхняя подвижная панель 12. Она
может перемещаться вдоль стержней при помощи ходового винта
8, который приводится во вращение рукояткой 9.
Рисунок 2.8  Прибор трения покоя ПСТ: 1  столик;
2  каретка; 3  нить; 4  силоизмерительные
пружины; 5 и 6  двуплечий рычаг; 7  пишущий
столик; 8  ходовой винт; 9  рукоятка;
10  нижняя неподвижная панель; 11  направляющие стержни; 12  верхняя подвижная панель
На подвижной панели укреплен динамограф. Он состоит из
двух силоизмерительных пружин 4, двуплечего рычага 5 и 6 и
пишущего столика 7, снабженного бумажной лентой для записи
силы трения. С динамографом при помощи нити 3 соединяется
каретка 2 с образцом, силу сдвига которой относительно поверхности трения измеряет прибор. Сменная поверхность трения закрепляется на столике 1.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
После установки испытуемой поверхности заправляют столик – катушкой бумаги, закрепляют образец на каретке, определяют их совместный вес, устанавливают каретку в центре поверхности трения, догружают ее гирями и соединяют нитью с
динамографом так, чтобы оставалась некоторая слабина. После
этого плавно, со скоростью около 30 мин-1, вращают рукоятку;
подвижная панель, перемещаясь, сначала выбирает слабину в нити, и в это время перо записывает нулевую линию. Дальнейшее
перемещение панели натягивает нить; сила, приложенная к каретке, увеличивается, пока не произойдет сдвиг ее относительно
поверхности трения. Увеличивающаяся сила растягивает одну из
пружин динамографа, поворачивает двуплечий рычаг и отклоняет
перо самописца от нулевой линии. В момент трогания каретки
вращение рукоятки прекращают, опыт считают законченным.
Измеряют величину ординаты с точностью до ±1 мм и по тарировочной таблице находят силу трения Т. Затем каретку снимают,
вычисляют нормальное давление N и коэффициент трения покоя,
как указано выше. Зная силу Т и давление N, вычисляют коэффициент трения:
Т
,
(2.13)
где Т  сила трения, Н; N  сила давления, Н.
По результатам полученных данных (таблица 2.3) построен
график зависимости коэффициента трения от влажности почвы
(рисунок 2.9).
Аппроксимация данных полиномом четвёртой степени зависимости коэффициента трения почвы по стали от влажности
почвы (рисунок 2.9) позволила получить уравнение вида:
f = 4·10-6 W4–0,001 W3+0,016 W2–0,208 W+1,390, (2.14)
где f – коэффициент трения почвы по стали; W – влажность почвы, проц.
Анализ исследований показал, что коэффициент трения
почвы по стали изменяется от 0,50 до 0,85, при этом влажность
почвы колебалась от 10 до 40%. Установлена связь между коэффициентом трения среднесуглинистого чернозёма и его влажностью f = 4·10-6 W4–0,001 W3+0,016 W2–0,208 W+1,390.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 2.9  Зависимость коэффициента трения почвы
по стали от влажности почвы
Таблица 2.2 – Результаты определения
свойств почвы
Показатель
НоЛипВлажность
Твёрмер
кость
(абсолютдость,
опыта
на сдвиг,
ная), %
МПа
Па
1
10
11,41
0,20
2
14
9,07
0,54
3
17
7,36
1,44
4
21
5,64
1,75
5
22
4,83
1,86
6
23
4,12
1,94
7
24
3,52
2,01
8
25
2,93
2,09
9
27
2,61
2,20
10
30
1,86
2,05
11
33
1,67
1,87
12
37
1,52
0,52
13
40
1,45
0,35
46
физико-механических
Липкость
на отрыв, Па
0,020
0,025
0,030
0,050
0,060
0,080
0,100
0,120
0,150
0,180
0,190
0,180
0,140
Коэффициент трения
почвы
по стали
0,50
0,54
0,60
0,75
0,77
0,79
0,81
0,82
0,83
0,84
0,83
0,79
0,75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ
КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА
СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
3.1 Выбор объекта исследования
С целью снижения тягового сопротивления агрегатов и получения более равномерных посевов отечественными и зарубежными учеными было создано большое количество сошников сеялок-культиваторов. В свою очередь анализ качественных и количественных показателей их работы позволяет утверждать, что
большое разнообразие их конструкций не является показателем
совершенства, а наоборот результатом недостаточной полноты их
изучения. Из вышесказанного следует, что работа, проводимая в
направлении повышения качественных показателей посева, остается по-прежнему актуальной [2, 6, 8, 9].
Для снижения тягового сопротивления сеялки-культиватора
и повышения равномерности распределения семян нами предлагается конструкция комбинированного сошника сеялкикультиватора (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1  Комбинированный сошник сеялки-культиватора:
1  рыхлительный зуб; 2  кронштейн; 3  стойка;
4  семяпровод; 5  распределитель семян;
6  подошва; 7  винт крепления; 8  стрельчатая
лапа
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Комбинированный сошник сеялки-культиватора содержит
стойку 3 (рисунок 3.1) с рыхлительным зубом 1, семятукопровод
4 и стрельчатую лапу 8. Рыхлительный зуб 1 закреплён впереди
носка стрельчатой лапы 8 сошника с помощью кронштейна 2, установленного на стойке 3, при этом плоскости резания рыхлительного зуба 1 и стрельчатой лапы 8 совпадают. Стрельчатая лапа 8 сошника крепится к основанию стойки 3 сошника посредством винта крепления 7 и подошвы 6, в задней части которой закреплён распределитель семян 5, две боковых и одна задняя поверхности распределителя 5 выполнены в виде полинома пятой
степени. Ребро, образованное боковыми поверхностями распределителя семян выполнено с радиусом скругления для уменьшения травмируемости семян.
Технологический процесс работы комбинированного сошника сеялки-культиватора протекает следующим образом. При
движении комбинированного сошника рыхлительный зуб 1 входит в стерневой слой почвы, разрезает его, образуя щель и рыхлит почву. Во время движения происходит процесс постоянного
формирования ядра уплотнения почвы на носке рыхлительного
зуба 1, но ядро уплотнения почвы на носке стрельчатой лапы 8
комбинированного сошника не получает своего развития и постоянно разрушается, в силу чего создаются наилучшие условия
для устойчивости хода комбинированного сошника по глубине,
так как исключается образование ядра уплотнения почвы на носке стрельчатой лапы 8. Почва и растительные остатки, проходя по
передней рабочей грани рыхлительного зуба 1, приподнимаются
и, продолжая скользить по поверхности рыхлительного зуба 1, падают на поверхность поля. Стрельчатая лапа 8 подрезает корни
растений, производя рыхление почвы и уничтожение сорняков, а
подошва 6 выравнивает дно борозды, образуя ровное, уплотнённое ложе для семян. В то же время, семена от семявысевающего
аппарата через семяпровод 4 поступают на боковые и заднюю
поверхности распределителя семян 5 и укладываются на дне борозды, при этом семена, попавшие на боковые поверхности распределителя семян 5 равномерно распределяются по дну борозды
справа и слева от продольно-вертикальной плоскости симметрии
комбинированного сошника на всю ширину захвата стрельчатой
лапы 8, а семена, попавшие на заднюю поверхность распредели48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
теля семян 5 распределяются в задней части подлапового пространства и частично по бокам, что обеспечивает наилучшую
равномерность распределения семян по площади рассева с использованием максимальной ширины захвата стрельчатой лапы 8
и создание лучших условий для прорастания семян и развития
растений, что ведет к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур. Сходящий со стрельчатой лапы слой почвы накрывает высеянные семена.
Поскольку комбинированный сошник сеялки-культиватора
данной конструкции при посеве применен впервые, то задачей
теоретических исследований явилось исследование взаимодействия его конструктивных параметров и почвы.
3.2 Обоснование конструктивных параметров
комбинированного сошника сеялки-культиватора
3.2.1 Обоснование ширины рыхлительного зуба
Как известно А.Н. Зенин установил, что при резании связанных и пластичных грунтов перед режущим профилем образуется уплотненное ядро из обрабатываемого материала и в дальнейшем резание осуществляется не лезвием, а этим ядром [2, 3, 8,
10]. Необходимая ширина лезвия  определяется хордой погружения ядра уплотнения, которая равна:
 = 2 · r ·sin φ ,
(3.1)
где r – радиус кривизны ядра уплотнения почвы лезвием рыхлительного зуба, м;
φ – угол трения почвы по стали, град.
Найдем связь между шириной рыхлительного зуба и радиусом кривизны ядра уплотнения почвы лезвием рыхлительного зуба, для чего рассмотрим рисунок 3.2. Ширина рыхлительного зуба b будет составлять:
b=АС+СК+КВ=СК+2АС.
Следует отметить, что величина СК=DE=, тогда
b= +2АС
(3.2)
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.2  Элементы рыхлительного зуба: 1  лезвие;
2  фаска; 3 – остов
Величина АС определится из треугольника АСD:
АС=АD · sin γ1= lл· sin γ1,
(3.3)
где lл – длина лезвия, м; 2 γ1 – угол раствора лезвия, град.
Подставляя формулы 3.1 и 3.3 в зависимость 3.2 ширины
рыхлительного зуба, получим:
b=2r ·sin φ+2lл·sin γ1=2(r ·sin φ+lл·sin γ1).
(3.4)
Таким образом, последняя формула показывает связь между
шириной рыхлительного зуба b и радиусом кривизны ядра уплотнения почвы лезвием рыхлительного зуба r. Расчетами установлено, что при остром, неизношенном лезвии, ширина рыхлительного зуба должна быть 2 см.
3.2.2 Обоснование ширины зоны распространения
деформации почвы рыхлительным зубом
Рассмотрим работу рыхлительного зуба. При движении
рыхлительного зуба на некоторой глубине скалывание почвы будет происходить по направлению действия равнодействующей
силы R, расположенной под углом 1   , то есть по направлению nm (рисунок 3.3) зоны деформации [2, 3].
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок
3.3
–
К определению зоны
рыхлительным зубом
деформации
почвы
Для определения действительной величины ширины зоны
распространения деформации в почве от рыхлительного зуба
проведём секущую плоскость по линии направления действия
равнодействующей силы R и повернём эту плоскость на угол π/2 .
Следует отметить, что величина данной зоны контакта рабочего
органа с почвой, распространяется не только вперёд, но и в стороны. С боковых сторон она ограничивается плоскостями, составляющими с направлением nm угол θ/2. Так, как глубина обработки рыхлительным зубом относительно невелика и не достигает критической величины, то рыхление почвы начинается со
дна борозды и распространяется в направление действия силы R
под углом деформации почвы θ. Тогда величина ширины зоны
распространения деформации почвы д н будет равна отрезку ОР:
b Д.Н.= ОР = ОR + RS + SР
(3.5)
В выражении (3.5) величина RS и есть ширина рыхлительного зуба, а величина OR=SP. Следовательно, необходимо определить величину этого отрезка, которая зависит от глубины обработки почвы и угла деформации почвы θ.
Рассматривая треугольник ORQ величина OR будет равна:
OR = RQ · tg θ/2,
(3.6)
где
- угол деформации почвы бороздообразующего рабочего
органа, град.
В этом выражении отрезок RQ равен nm, величину которого
определили из треугольника mnk. Тогда nm равен:
nm= RQ · tg θ/2
(3.7)
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значение отрезка OR найдём подставив формулу 3.7 в 3.6:
ÎR 
a  tg

2 ,
cos1   
(3.8)
где a – глубина обработки почвы, м.
Если выражение 3.8 и 3.4 подставить в формулу 3.5, учитывая, что b = RS, получим зависимость величины зоны распространения деформации от величины ядра уплотнения почвы на
рыхлительном зубе:
bÄ.Í. 
2a  tg

2  2r  sin   2l sin 
Ë
1
cos1   
(3.9)
По выражению (3.9) можно определить ширину зоны распространения деформации почвы bÄ.Í. в зависимости от величины
ядра уплотнения почвы на рыхлительном зубе. Так, при глубине
обработки 6 см и остром лезвии зона деформации будет составлять 0,15 м.
3.2.3 Обоснование горизонтального расстояния
между рыхлительным зубом и стрельчатой лапой
В процессе работы комбинированного сошника сеялкикультиватора, его лапа быстро затупляется, при этом носок лапы
закругляется шириной н . При движении лапы на глубине a скалывание почвы будет происходить по направлению действия
равнодействующей лапы Rл, которая расположена под углом
(ζ2+ φ2) (рис. 3.4), где ζ2 – угол входа лапы в почву, φ2 – угол трения почвы по лезвию лапы [2, 3, 8, 10].
Впереди лапы установлен рыхлительный зуб, поэтому, чтобы обеспечить взаимодействие рыхлительного зуба и лапы при
работе в почве, горизонтальное расстояние между ними должно
быть не более отрезка mp. Следовательно, горизонтальное расстояние lг между носком лапы и рыхлительным зубом должно
удовлетворять условию:
lг ≤ lb+mp,
(3.10)
где lb – вылет носка рыхлительного зуба, м.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.4 – Схема к определению расстояния от носка
рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы
Отрезок mp определяется из треугольника mpn:
mp = a · tg(ζ2 + φ2),
(3.11)
где a – глубина обработки почвы, м.
Вылет носка будет составлять:
lb=a/tg ζ1 ,
(3.12)
где ζ1  угол входа зуба в почву, град.
Подставляя формулы (2) и (3) в выражение (1), получим:
lг≤ a/tg ζ1 + a·tg(ζ2 + φ2)= a·[ctgζ1 + tg(ζ2 + φ2)]
(3.13)
Так как лапу и рыхлительный зуб изготавливают из одинакового материала, то угол трения φ2 =φ1 =φ. Следовательно, выражение (3.13) примет вид:
lг≤a·[ctgζ1 + tg(ζ2 + φ2)].
(3.14)
По выражению (3.14) можно определить максимальное расстояние между носками лапы и рыхлительного зуба, которое не
должно превышать 18 см.
3.2.4 Определение тягового сопротивления
комбинированного сошника сеялки-культиватора
Общую величину тягового сопротивления комбинированного сошника сеялки-культиватора можно представить как сумму
тяговых сопротивлений самого рыхлительного зуба и лапового
сошника, то есть
RХс=RХз+RХлс,
(3.15)
где RХз  тяговое сопротивление рыхлительного зуба, Н;
RХлс  тяговое сопротивление лапы сошника, Н.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В этом выражении вторая составляющая RХл представляет
собой
RХлс= RХл  k·RХл= RХл·(1–k),
(3.16)
где RХлс  тяговое сопротивление лапы сошника, Н; k – коэффициент, учитывающий деформацию почвы рыхлительным зубом и
лапой.
Коэффициент k зависит от площади зоны деформации почвы в поперечно-вертикальной плоскости рыхлительным зубом и
лапой, который определяется по выражению
(b  b)  a bÄ.Í.  b
S
k  Ç  Ä.Í.

,
(3.17)
SË
2  bË  a
2  bË
где Sз,  площадь зоны деформации рыхлительным зубом в поперечно-вертикальной плоскости, м2; Sл  площадь зоны деформации стрельчатой лапы в поперечно-вертикальной плоскости, м2;
bл  ширина захвата лапы, м.
Следует отметить, что правая часть выражения (3.17) справедлива в случаях, когда глубина обработки почвы рыхлительным зубом и лапой одинаковы.
Подставляя выражение (3.15) в формулы (3.16 и 3.17), получим:
bÄ.Í.  b
.)
RХлс= RХл + RХл (
(3.18)
2  bË
Следовательно, наша задача сводится к определению тягового сопротивления рыхлительного зуба и стрельчатой лапы при
взаимодействии с почвой. Следует отметить, что каждая рабочая
поверхность рыхлительного зуба и стрельчатой лапы представляет собой трехгранный клин с углами, характеризующими установку рабочей поверхности рыхлительного зуба 1 , 1 ,  1 и плоскорежущей лапы  2 , 2 ,  2 . Поэтому в дальнейшим будем производить теоретические расчёты в основе которых лежит теория
В.П. Горячкина и его последователей, причем для стрельчатой
лапы выкладки будут аналогичные рыхлительному зубу.
Для определения тягового сопротивления сошника сеялкикультиватора с рыхлительным зубом рассмотрим его работу, при
условии, что комбинированный сошник движется равномерно, на
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
постоянной глубине и в однородной среде, при чем сопротивлением воздуха пренебрегаем из-за его малой величины.
Тяговое сопротивление RХз рыхлительного зуба будет складываться из составляющих:
RÕç  2  ( RÕçG  RÕçF  RÕçÄ  RÕçÑ ),
(3.19)
где RÕçG  тяговое сопротивление рыхлительного зуба, зависящее
от веса пласта, Н; RÕçF  тяговое сопротивление рыхлительного
зуба, зависящее от динамического давления пласта, Н;
RÕçÄ  тяговое сопротивление рыхлительного зуба, зависящее
сопротивление почвы сжатию затылком затупившегося лезвия, Н;
RÕçÑ  тяговое сопротивление рыхлительного зуба, зависящее от
сопротивления почвы деформации, Н.
Для аналогии с выражением (3.19) тяговое сопротивление
Хл стрельчатой лапы будет равно:
RÕë  2  ( RÕëG  RÕëF  RÕëÄ  RÕëÑ ),
(3.20)
где RÕëG  тяговое сопротивление стрельчатой лапы, зависящее
от веса пласта почвы, Н; RÕëF  тяговое сопротивление стрельчатой лапы, зависящее от динамического давления пласта, Н;
RÕëÄ  тяговое сопротивление стрельчатой лапы, зависящее от
сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия, Н;
RÕëÑ  тяговое сопротивление стрельчатой лапы, зависящее от
сопротивления почвы деформации, Н.
Рассмотрим силы, действующие на рыхлительный зуб, когда
почвенный пласт расположен на поверхности рыхлительного зуба. Как уже было отмечено, рабочая поверхность рыхлительного
зуба представляет собой трёхгранный клин. На правую рабочую
поверхность рыхлительного зуба будут действовать силы (рисунок 3.5): Nз – нормальная реакция на рыхлительный зуб со стороны почвы, Fз – сила трения почвы о рабочую поверхность рыхлительного зуба [8].
Определим проекции сил Nз и Fз на оси координат Ох, Оy,
Oz. Тогда проекция силы Nз на оси будет составлять:
на ось Ох N çõ  N ç  cos( 90   1 )  sin  1  N ç  sin  1  sin  1 ; (3.21)
на ось Оy N çy  N ç  cos( 90   1 )  cos  1  N ç  sin  1  cos  1 ; (3.22)
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на ось Оz N çz  N ç  sin( 90   1 )  N ç  cos  1 .
(3.23)
Рисунок 3.5 – Схема к анализу работы трёхгранного клина
Так как рабочая поверхность клина ОАВ (рис 3.6) внедряется в почву, а почвенная частица по этой поверхности движется по
направлению ОА, проекцию Fз определить затруднительно, то
для решения этой задачи разложим силу Fз на две составляющие:
Fз1 – параллельно лезвию ножа АВ рыхлительного зуба; Fз2 – по
направленную перпендикулярном лезвию ножа АВ рыхлительного зуба.
Спроецируем составляющие FзТР1 и FзТР 2 силы Fз на оси Ох,
Оy, Oz.
на ось Ох
(3.24)
FзТР1 X  FзТР1  cos  1
(3.25)
FзТР 2 X  FзТР 2  cos  1  sin  1
Тогда результирующая сила на ось х будет равна:
FçÒÐ X  FçÒÐ 1X  FçÒÐ 2X  FçÒÐ 1 cos  1  FçÒÐ 2  cos  1  sin  1 . (3.26)
При определении FçÒÐ 1X и FçÒÐ 2X необходимо учитывать, что
при подъёме на рабочую поверхность рыхлительного зуба основание пласта, первоначально занимающее положение АОС (рисунок 3.3), переходит в АО'С. Поэтому отрезок СО равен отрезку
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СО', а угол ОАС=О'АС=  1 , следовательно, и угол между векторами FçÒÐ и FçÒÐ 1 в плоскости АВD также будет равен  1 .
Тогда соответственно силы трения о зуб FçÒÐ 1 и FçÒÐ 2 будут
равны:
(3.27)
FçÒÐ 1  FçÒÐ  ños 1
(3.28)
FçÒÐ 2  FçÒÐ  sin  1
Подставив формулы (3.27) и (3.28) в выражение (3.26), получим:
FçÒÐ X  FçÒÐ  cos 2  1  FçÒÐ  cos  1  sin 2  1
или
Ось Oy
FçÒÐ X  FçÒÐ  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
(3.29)
FçÒÐ 1y  FçÒÐ 1  sin  1
FçÒÐ 2y  FçÒÐ 2  cos  1  cos  1
Рисунок 3.6  Определение проекций на оси координат силы
трения FçÒÐ
Результирующая силы FçÒÐ yна ось Oy составит:
FçÒÐ y  FçÒÐ 1y  FçÒÐ 2y  FçÒÐ 1  sin  1  FçÒÐ 2  cos  1  cos  1 .
(3.30)
А с учётом уравнений (3.27) и (3.28) примет вид
FçÒÐ y  FçÒÐ  cos  1  sin  1  FçÒÐ  cos  1  cos  1  sin  1
или
FçÒÐ y  FçÒÐ  cos  1  sin  1( 1  cos  1 )
57
(3.31)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ось Oz
FçÒÐ 1z  0
FçÒÐ 2z   FçÒÐ 2  sin  1
Результирующая силы FçÒÐ z на ось Oz составит:
FçÒÐ z  FçÒÐ 1z  FçÒÐ 2z   FçÒÐ 2  sin  1
C учётом формулы (3.28) уравнение примет вид
FçÒÐ z   FçÒÐ 2  sin  1  sin  1
(3.32)
(3.33)
После того, как определили проекции сил N3 и FçÒÐ , определим силу статического давления на поверхность рыхлительного
зуба N3G которая обусловлена весом пласта, расположенного на
поверхности рыхлительного зуба. В состояние равновесия на
почвенный пласт действуют следующие силы: веса почвенного
пласта G3 на рыхлительном зубе; нормальная реакция рабочей
поверхности N3; сила трения FçÒÐ почвы по рабочей поверхности;
сила подпора пласта Q3G со стороны находящейся впереди клина
необработанной почвы. Сила Q3G будет расположена в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости хОу (рисунок 3.7).
Рисунок 3.7  Схема к определению силы N 3
Спроецируем на ось Оz действующие на почвенный пласт
силы:
(3.34)
 Fçz  0 G 3  N3z  FçÒÐ z  0
Подставив в полученное выражение формулы 3.23 и 3.33,
получим:
(3.35)
G 3  N 3  ñîs  1  FçÒÐ 2  sin  1  sin  1  0
Тогда вес пласта почвы на рыхлительный зуб
определится как
(3.36)
G 3  N 3  ñîs  1  FçÒÐ 2  sin  1  sin  1
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учитывая, что FçÒÐ  N 3  f получим:
G 3  N 3  ñîs  1  N ç  f  sin  1  sin  1 
(3.37)
 N 3  ( ñîs  1  f  sin  1  sin  1 )
Откуда нормальная реакция N 3 :
G3
N 3G =
(3.38)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Тогда сила трения почвы по рабочей поверхности рыхлительного зуба FçÒÐ определится выражением
f  G3
(3.39)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Подставляя (3.38) и (3.39) соответственно в (3.21) и (3.29),
получим:
G  sin  1  sin  1
N 3Gõ =
(3.40)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
f  G  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
FçÒÐ Gõ =
(3.41)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Следовательно, тяговое сопротивление рыхлительного зуба,
зависящее от веса пласта RЗGx, будет равна сумме N 3Gõ и FçÒÐ Gõ:
FçÒÐ =
sin  1  sin  1  f  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
R3Gõ = G 
(3.42)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
В выражении (3.42) вес пласта G определяется как:
(3.43)
G=V · γîá ,
где V  объём подрезаемого почвенного пласта, м3;  îá  объёмные вес почвы, Н/м3.
Объём почвенного пласта V находится из его геометрических параметров:
b·a·là
V
,
(3.44)
2  sin  1
где b – ширина рыхлительного зуба, м; a – глубина обработки почвы, м; lа – длина лезвия рабочего органа на заданной глубине, м.
Тогда вес пласта G будет равен:
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
b·a·là   îá
(3.45)
2  sin  1
Подставляя это выражение в формулу (3.42), величину слагающей тягового сопротивления рыхлительного зуба R3Gõ :
b·a·là   îá sin  1  sin  1  f  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
R3Gõ 

(3.46)
2  sin  1
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
или
sin  1  f  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
R3Gõ  b·a·là   îá 
(3.47)
2  ( ñîs  1  f  sin  1  sin  1 )
Тяговое сопротивление рыхлительного зуба, зависящее от
динамического давления, составляющую RЗFx определим аналогично R3Gх , для чего рассмотрим рисунок 3.8.
G
Рисунок 3.8  Схема к определению динамического давления почвы
На пласт будут действовать сила инерции Fз , нормальная
реакция поверхности рыхлительного зуба NЗF от силы инерции
Fз, сила трения почвы по передней поверхности рыхлительного
зуба FЗтрF от силы инерции Fз, сила подпора почвенного пласта
QЗF со стороны находящейся впереди клина необработанной поверхности от силы инерции Fз. При этом сила QЗF расположена в
горизонтальной плоскости.
Спроецируем действующие силы на оси координат, учитывая при этом, что угол О΄ОD=ξ1/2, а угол СОВ=γ1:
на ось Ох
F3õ  F3  sin
1
2
60
 sin  1 ;
(3.49)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на ось Оy
F3y  F3  sin
на ось Оz
F3z  F3  cos
1
2
 cos  1 ;
(3.50)
1
.
(3.51)
2
Спроецируем все действующие на пласт силы на ось Оz:
F3z  N3Fz  F3ТРFz  0
 Fiz  0 :
F3  cos
или
В этом выражении
1
2
 N 3 Fz  F3ÒÐFz  0
(3.52)
(3.53)
N 3Fz  N 3F  sin  1
F3ÒÐFz  F3ÒÐF  ñîs  1  sin  1  f  N 3F  sin  1  sin  1 (3.54)
Подставим выражения (3.53) и (3.54) в выражение (3.52),
получим:
F3  cos
1
2
 N 3 F  sin  1  f  N 3 F  sin  1  sin  1  0
Выразим N 3F :
N 3 F ( ñîs  1  f  sin  1  sin  1 )  F3  cos
Откуда
N 3F 
F3  cos
1
2
f  F3  cos
(3.56)
1
2
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Тогда
(3.55)
(3.57)
1
2
(3.58)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Подставляя выражения (3.57) и (3.58) соответственно в
формулы (3.21) и (3.29), будем иметь:
N 3ÒÐF  f  N 3 F 
1
 sin  1  sin  1
2
N 3ÒÐF  N 3 F  sin  1  sin  1 
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
FçÒÐFx  FçÒÐF  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
F3  cos
61
(3.59)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
или
FçÒÐFx 
F3  f  cos
1
2
 (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
(3.60)
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
Поэтому для определения величины R3Fx тягового сопротивления трёхгранного клина рыхлительного зуба, которая зависит
от N 3Fx и FзТРFx будет равна их сумме:
(3.61)
R3Fx  N3Fx  FзТРFx
или
R3 Fx 
F3  cos
1
2
 sin  1  sin  1  F3  f  cos
1
 (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
2
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
или
R3 Fx
 1 sin  1  sin  1  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
 F3  f  cos 
(3.62)
2
ñîs  1  f  sin  1  sin  1
В нашем случае необходимо определить инерционную силу
F3 , величина которой найдётся из уравнения количества движения:
dm
F=
va ,
(3.63)
dt
dm
где
 масса почвы, поступающая на клин рыхлительного зуба
dt
в единицу времени; v a  абсолютная скорость движения пласта
почвы по клину, м/с.
dm
Масса почвы, поступающая на клин
в единицу времени,
dt
равна:
dm b · a ·v  γîá

,
(3.64)
dt
2 g
где v – переносная скорость почвенного пласта, м/с.
Рассмотрим треугольник О΄ОА рисунок 3.5, в котором сторона ОА равна переносной скорости , сторона АО΄ относитель-
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ной скорости , при этом абсолютная скорость пласта va = ОО΄.
Тогда скорость v будет равна:
OC
соs 1
,
(3.65)
v  OA 
 la
sin  1
sin  1
где OC  OO `  la соs 1 .
Следовательно:
v a  OO `  la соs 1  sin
А с учётом выражения (3.65)
v a  2  v  sin  1  sin
1
2
1
(3.66)
2
Подставляя формулы (3.64) и (3.66) в выражение (3.63),
найдём силу инерции по формуле
b·a·v   îá



F3 
2  v  sin  1  sin 1  b·a·v 2  îá  sin  1  sin 1 (3.67)
2 g
2
g
2
Тогда выражение (3.62) примет вид
R3 Fx  b·a·v 2 
 îá
g
 sin  1  sin
1
2
 sin
1
2

sin  1  sin  1  f  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )

ñîs  1  f  sin  1  sin  1
После преобразований получим:
sin  1  f  sin  1( ctg 2 1  cos  1 )
2  îá
2
R3 Fx  b·a·v 
 sin  1 
(3.68)
2g
ctg 1  f sin  1
Для определения сопротивления почвы деформации R3Д
рыхлительным зубом, предположим, что данная сила пропорциональна площади поперечного сечения пласта:
b
Rx3 Д  k1 a ,
(3.69)
2
где k1  коэффициент, учитывающий свойства почвы и геометрическую форму клина; b  ширина пласта, м; a  высота пласта, м.
С учётом выражения (3.4) последняя формула примет вид
Rx3 Ä  k1  a  ( r  sin 1  l Ë sin  1 ) ,
(3.70)
где 1 – угол трения почвы по рыхлительному зубу, град.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сопротивление рыхлительного зуба, зависящее от сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия хЗС
найдём, разложив её на нормальную Nх3С и касательную Fх3С силы и определим проекции этих сил на оси координат (рисунок
3.9).
Так как угол О'ОD равен отрицательному углу резания μ3
(углу образующемуся при образовании затылочной фаски лезвия
при затупление лезвия), то для определения нормальной силы
Nх3С составим уравнения:
(3.71)
N x3Cx  N x3C  sin  1  sin 3
(3.72)
N x3Cy  N x3C  cos  1  sin 3
(3.73)
N x3Cz   N x3C  cos 3
Определим проекции на оси координат касательной силы Т3
и разложим её на две составляющие (рисунок 3.9) : F'х3С – параллельно лезвию ножа рыхлительного зуба; F''х3С – перпендикулярно лезвию ножа рыхлительного зуба.
Рисунок 3.9  Схема для определения проекций нормальной Nх3С и
касательной Fх3С силы на оси координат
Спроецируем силы Т3 на оси координат:
Fx3Cx  F` x3C ñîs  1  F`` x3C  sin  1  ñîs 3
Fx3Cy   F` x3C  sin  1  F`` x3C ñîs  1  ñîs 3
Fx3Cz  F`` x3C  sin 3
Принимая, что угол САО' равен 11, и запишем:
F `x3C  Fx3C  соs 11
64
(3.74)
(3.75)
(3.76)
(3.77)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(3.78)
F`` x3C  Fx3C  sin  11
Подставив уравнения (3.74-3.76) в уравнения (3.77) и (3.78)
получим:
Fx3Cx  Fx3C  ( ñîs  1  ñîs  11  sin  1  ñîs 3  sin  11 ) (3.79)
Fx3Cy   Fx3C  (sin  1 cos  11  sin  11  ñîs  1  ñîs 3 ) (3.80)
(3.81)
Fx3Cz  Fx3C  sin 3  sin  11
Так, как tg 11  O`C / CA, tg 1  OC / CA, O`C  OC  соs3 , тогда
(3.82)
tg 11  tg 1  соs3
Так как γ11 отличается от γ1 примерно на 1°, то этим можно
пренебречь, тогда примем γ11 = γ1 и, исходя из этого, преобразуем
уравнения (3.79 - 3.81):
(3.83)
Fx3Cx  Fx3C  ( ñîs 2  1  sin 2  1  ñîs 3 )
(3.84)
Fx3Cy   Fx3C  sin  1 cos  1  ( 1  ñîs 3 )
(3.85)
Fx3Cz  Fx3C  sin 3  sin  1
Поскольку Fx3C  f  N x3C подставим это выражение в зависимости (3.83 - 3.85) и затем сложив полученные выражения соответственно осям координат с зависимостями (3.71 - 3.73), получим значение сопротивления почвы на затылке лезвия трёхгранного клина R3:
Rx3Cx  N x3C sin  1  sin 3  f  ( ñîs 2  1  sin 2  1  ñîs 3 ) (3.86)
Rx3Cy  N x3C  cos  1  sin 3  f  sin  1 cos  1  ( 1  ñîs 3 ) (3.87)


(3.88)
Rx3Cz   N x3C  (cos 3  f  sin 3  sin  1 )
Полагая, что вертикальная реакция равна
(3.89)
Rx3Cz  1 ·Gì ,
где λ1 – коэффициент учитывающий давление машины на рабочий орган; Gì - вес машины, Н.
Подставив уравнение (3.89) в (3.88), выразив N x3C и подставив его в выражение (3.86), получим:
sin  1  sin 3  f  ( ñîs 2  1  sin 2  1  ñîs 3 )
Rx3C  1 ·Gì
(3.90)
cos 3  f  sin 3  sin  1
После преобразования получим:
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
sin 3  f  sin  1  (ctg 2  1  соs3 )
(3.91)
Rx3C  1·G м  sin  1 
cos 3  f  sin 3  sin  1
Подставляя уравнения (3,91) , (3.70), (3.68), (3.48) в выражение (3.19), получим аналитическую зависимость значения тягового сопротивления рыхлительного зуба
сошника сеялкикультиватора:
sin  1  f  (cos 2  1  cos  1  sin 2  1 )
Rx 3  2( b·a·là   îá 

2  ( ñîs  1  f  sin  1  sin  1 )
 îá
sin  1  f  sin  1( ctg 2 1  cos  1 )
 b·a·v 
 sin  1 

2g
ctg 1  f sin  1
2
2
 k1  a  ( r  sin 1  l Ë sin  1 ) 
sin  3  f  sin  1  ( ctg 2  1  ñîs  3 )
 1 ·Gì  sin  1 
(3.92)
cos  3  f  sin  3  sin  1
Производя аналогичные выкладки с параметрами стрельчатой лапы и учитывая, что угол трения почвы по рыхлительному
зубу f равен углу трения почвы по стрельчатой лапе и затылочные углы 3 равны, можно получить зависимость, позволяющую
оценить тяговое сопротивление стрельчатой лапы, которая в конечном счёте примет вид
sin  2  f  (cos 2  2  cos  2  sin 2  2 )
Rx 3  2( b2·a·l2 à   îá 

2  ( ñîs  2  f  sin  2  sin  2 )
 îá
sin  2  f  sin  2 ( ctg 2 2  cos  2 )
 b2·a·v 
 sin  2 

2g
ctg 2  f sin  2
2
2
 k 2  a  ( r  sin   l Ë sin  2 ) 
sin  3  f  sin  2  ( ctg 2  2  ñîs  3 )
 2 ·Gì  sin  2 
cos  3  f  sin  3  sin  2
(3.93)
где b2  ширина пласта, м; l 2à  длина лезвия рабочего органа на
заданной глубине, м;  2 – угол крошения стрельчатой лапы, град;
 2  угол раствора крыльев стрельчатой лапы; k 2  коэффициент,
учитывающий свойства почвы и геометрическую форму лапы;
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2  коэффициент, учитывающий давление машины на стрельчатую лапу; 3  затылочный угол.
Применение комбинированного сошника с рыхлительным
зубом шириной 0,02 м, установленным на расстояние от носка
стрельчатой лапы до носка рыхлительного зуба 0,07 м и глубине
обработки 0,06 м, позволит снизить тяговое сопротивление комбинированного сошника с 1,18 до 1,13 кН.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ
НА РАБОТУ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА
4.1 Программа исследований
Целью проведения исследований явилось определение оптимальной конструкции комбинированного сошника, обеспечивающей максимально возможную равномерность распределения
семян зерновых культур по глубине и площади рассева при минимальном тяговом сопротивлении 2, 11, 12, 13. Программа лабораторных исследований комбинированного сошника сеялкикультиватора, которая включала: исследования по обоснованию
оптимальных конструктивных параметров комбинированного
сошника; исследования по определению влияния скорости движения комбинированного сошника на его тяговое сопротивление;
исследования по определению влияния глубины хода комбинированного сошника на его тяговое сопротивление; исследования
по обоснованию оптимального типа распределителя семян комбинированного сошника сеялки-культиватора.
4.2 Методика проведения лабораторных исследований
по определению тягового сопротивления
комбинированного сошника сеялки-культиватора
Энергетические показатели работы комбинированного сошника сеялки-культиватора являются основными для решения задач машиностроения и использования машин, а именно: экономии материалов, улучшения технологического процесса, уменьшения износа деталей и расхода энергии при эксплуатации. Определение сопротивления перемещению рабочих органов в почве
регламентируется согласно ОСТ 10 2.3-2002 «Испытания сельскохозяйственной техники. Асинхронный электропривод. Методы оценки» [14]. Исследования по определению тягового сопротивления комбинированного сошника сеялки-культиватора проводились на лабораторной установке (рисунки 4.1, 4.2), представляющей собой почвенный канал 4 с приводной тележкой 9 и
навеской 10. На навеску 10 приводной тележки 9 монтируется
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
комбинированный сошник 14 сеялки-культиватора с экспериментальным рыхлительным зубом, таким образом, чтобы глубина хода в почве 15 составляла 6 см.
Движение приводной тележки 9 осуществляется с помощью
мотор-редуктора 5 посредством цепной передачи 3, системы полиспастов 1 и гибкого троса 2. Включение и отключение установки производится с пульта управления 16 оператором. Тяговое
усилие замеряют с помощью измерительного устройства 19, установленного на столе 18 путём измерения силы тока в цепи. Измерительное устройство 19 представляет собой компьютер к которому подсоединен мультиметр М9803R, при этом на компьютере установлена программа DMM VIEW Version 2. Перед началом опытов была проведена тарировка прибора, для удобства перевода показаний силы тока мультиметром в усилие на перемещение сошника. Полезную величину силы тока С вычисляли по
формуле
,
(4.1)
С
где раб – сила тока рабочего хода, Н; хх – сила тока холостого
хода, Н.
Между гибким тросом 2 и приводной тележкой 9 устанавливали динамометр, а за приводной тележкой закреплялась специальная платформа, волочащаяся по почве 15 и в зависимости
от того, какую нагрузку необходимо создать, догружали платформу грузами. Величину тягового сопротивления контролировали на динамометре.
При рабочем движении комбинированного сошника рыхлительный зуб, врезаясь в пласт почвы, образует первичную борозду, создавая благоприятные условия для хода стойки и носка
стрельчатой лапы, при этом создаётся нагрузка на электродвигателе и измерительное оборудование показывает и фиксирует изменение силы тока в цепи. Полезную нагрузку на электродвигателе определяем по формуле
,
(4.2)
С
где Rраб – нагрузка рабочего хода, Н; Rхх – нагрузка холостого
хода, Н.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.1 – Общий вид экспериментальной установки
для определения тягового сопротивления
комбинированного сошника
Рисунок 4.2  Схема лабораторной установки для определения
тягового
сопротивления
комбинированного
сошника сеялки-культиватора: 1  система полиспастов; 2  гибкий трос; 3, 8  цепная передача;
4  почвенный канал; 5, 7  мотор-редуктор;
6  редуктор; 9  приводная тележка;
10  навеска; 11  бункер; 12  высевающий
аппарат;13  семяпровод; 14  комбинированный
сошник сеялки - культиватора; 15  почва;
16  пульт управления; 17  соединительные
провода; 18  стол; 19 – измерительное
устройство
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Опыты проводились в следующей последовательности: 1) с
пульта управления запускалась приводная тележка в холостом
режиме (испытуемый образец выглублен) и снимались показания
с измерительного устройства, характеризующие усилие холостого хода; 2) испытуемый образец устанавливали на глубину хода
6 см; 3) с пульта управления приводили в движение тележку с
испытуемым образцом и снимали показания с измерительного
устройства; 4) определяли фактическую нагрузку на электродвигатель без учёта мощности, расходуемой на привод тележки в
процессе холостого хода. Опыты проводились в пятикратной повторности в прямом и обратном направлениях, согласно ОСТ 10
2.2-2002.
4.3 Результаты исследований по определению
конструктивных параметров
комбинированного сошника
Тяговое сопротивление комбинированного сошника зависит
от множества факторов. Поэтому лабораторные исследования
проводились с применением методики планирования многофакторного эксперимента. При планировании эксперимента в первую очередь выбирается критерий оптимизации, то есть параметр, по которому оценивается исследуемый объект и который
связывает факторы в математическую модель. Необходимо стремиться к тому, чтобы критерий оптимизации был один, имел ясный физический смысл и количественную оценку [11, 12, 15]. В
нашем случае в качестве критерия оптимизации было выбрано
тяговое сопротивление комбинированного сошника сеялкикультиватора, которое должно иметь минимальное значение.
Первоначально было выбрано 17 факторов, влияющих на
тяговое сопротивление комбинированного сошника сеялкикультиватора. С помощью априорного ранжирования нами отобрано восемь основных факторов, влияющих на тяговое сопротивление: γ1  угол раствора рыхлительного зуба; ξ1  угол крошения рыхлительного зуба; lГ  расстояние от носка стрельчатой
лапы сошника до носка рыхлительного зуба; h – высота установки рыхлительного зуба; ξ2 – угол вхождения лапы в почву; i – за71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тылочный угол рыхлительного зуба; b – ширина рыхлительного
зуба; t  толщина рыхлительного зуба. При исследованиях невозможно охватить влияние всех факторов и их взаимодействия, поэтому, на основании априорной информации, а также исходя из
конкретных задач исследований, были выделены наиболее существенные факторы, влияющие на тяговое сопротивление комбинированного сошника, и уровни их варьирования, которые представлены в таблице 4.1.
В дальнейшем проводился отсеивающий эксперимент, по
результатам которого после обработки получилась информация о
значимости каждого параметра, это позволило исключить из
дальнейшего рассмотрения малозначащие факторы и сократить
объем дальнейших исследований. Планы проведения экспериментов и методики обработки результатов подробно описаны во
многих литературных источниках [2, 15]. В соответствии с ними
проводились опыты и математическая обработка данных.
Таблица 4.1  Факторы, влияющие на тяговое
сопротивление комбинированного сошника
сеялки-культиватора
Обозначение
X1
X2
X3
X4
Х5
Х6
Х7
Х8
Фактор
γ1  угол раствора рыхлительного зуба,
град
ξ1  угол крошения рыхлительного зуба,
град
lГ  расстояние от носка стрельчатой лапы
сошника до носка рыхлительного зуба, см
h – высота установки рыхлительного зуба,
см
ξ2 – угол вхождения лапы в почву, град
i – затылочный угол рыхлительного зуба,
град
b – ширина рыхлительного зуба, см
t – толщина рыхлительного зуба, см
72
Уровень
варьирования
–1
+1
40
60
15
35
4
12
5
2
35
8
0
1,5
2,0
8
2,5
2,5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для проведения отсеивающего эксперимента составляли
матрицу с учетом первоначально выделенных факторов (таблица
4.2) путем случайного смешивания двух полуреплик типа 24-1.
Таблица 4.2 – Матрица и результаты отсеивающего
эксперимента
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Фактор
Х1
+
+
+
+
+
Х2
+
+
+
+
+
-
Х3
+
+
+
+
+
Х4
+
+
+
+
+
-
Х5
+
+
+
+
+
-
Х6
+
+
+
+
+
-
Х7
+
+
+
+
+
Х8
+
+
+
+
Параметр
оптимизации
Y
1,19
1,26
1,39
1,29
1,33
1,32
1,28
1,38
1,27
1,26
Затем производилась проверка воспроизводимости планов
путем проверки гипотезы однородности дисперсий. Табличное
значение Gтаб критерия Кохрена при 5 %-ом уровне значимости
для n-1 = 2 и N = 10 равно 0,445, опытное значение Gоп определяется по формуле [12]
GÎÏ
2
S max
 2
S1  S 22  ...  S n2
(4.3)
Влияние факторов оценивали по разности медиан значений
опытных данных верхних и нижних уровней факторов и по числу
выделяющихся точек [2, 12]. На основе этих признаков на первом
этапе выделены факторы X 1 и X 2 , для оценки эффектов которых
использовали таблицу 4.3.
После определения эффектов факторов ( Э X 1 = 0,021 ;
Э X 1 = 0,056) проверяли их значимость по t-критерию (таблица 4.4).
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.3 – Таблица оценки эффектов факторов X 1 , X 2
 X1
1,39
1,33
1,28
 Yi =4,00
Y1=1,333
1,32
1,26
Оцениваемый фактор
 X2
 X2
 Yi =2,58
Y3=1,290
 X1
1,38
1,27
 Yi =2,65
Y2=1,325
1,19
1,26
1,29
 Yi =3,74
Y4=1,256
Таблица 4.4 – Таблица для расчетов t-критерия
№
клетки
1
2
3
4
 Yi  Yi   Yi
2
4,00
2,65
2,58
3,74
16,000
7,0225
6,6564
13,987
2
5,3394
3,5173
3,3300
4,6678
S R2
ni
3
2
2
3
2
Yi 2  Yi 



ni  1 ni ni  1
0,00303
0,00605
0,00180
0,00263
S R2
ni
0,00101
0,003025
0,00090
0,00087
При значимости фактора расчётное значение t - критерия
( t X 1  1,4125; t X 2  2,6438) должно быть больше табличного. Сравнивая расчётные значения t-критерия с табличными можно сделать
вывод, что фактор X 1 («γ1 – угол раствора рыхлительного зуба»)
оказался значимым с вероятностью меньше 0,90, а фактор X 2 («ξ1 –
угол крошения рыхлительного зуба») – с вероятностью 0,95.
В дальнейшем проводили корректировку результатов отсеивающего эксперимента. По скорректированным результатам параметра оптимизации (столбец Y таблицы 4.2) строили вторую
диаграмму рассеивания, анализ которой позволил выделить два
фактора: X 3 («расстояние от носка стрельчатой лапы сошника до
носка рыхлительного зуба») и X 4 («высота установки рыхлительного зуба бороздообразующего рабочего органа»). Значи74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мость этих факторов оценивали аналогично факторам X 1 и X 2 . В
результате расчетов получили:
Э X 3 = – 0,96; Э X 4 = 0,87 t X 3 = – 1,98; t X 4 = 2,15.
Следовательно, факторы X 4 и X 3 значимы с вероятностью 0,9.
Оценку значимости эффектов парных взаимодействий проводили подобно оценкам эффектов отдельных факторов [67]. Одновременно на каждом этапе проводили статистический анализ
скорректированных результатов наблюдений, в результате чего
выявлялась необходимость дальнейшего выделения значимых
факторов. В случае, если расчетное значение критерия Фишера
окажется меньше табличного, отсеивание факторов и их взаимодействий можно прекратить.
Расчетное значение Fp - критерия Фишера определяется по
формуле
Fp 
2
S АД
S y2
,
(4.4)
где S АД  дисперсия адекватности;
S y  дисперсия наблюдаемого параметра оптимизации, при2
2
чём S АД  S y .
Таблица 4.5  Результаты оценки эффекта выделенных
факторов
Этап
Выделенный
фактор
Значение
фактора
Расчетное
значение
t-критерия
2,6438Х
По исходным
Х2
0,056
данным
После первой
Х3
0,050
- 2,03ХХ
корректировки
Х4
0,052
- 2,31ХХ
Х – значим с 95%-й вероятностью;
ХХ – значим с 90%-й вероятностью;
ХХХ – значим с вероятностью менее 90% (незначимый фактор)
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
После второй корректировки получили, что расчетное значение Fp – критерия равно 2,14, а табличное значение при 5 %-ом
уровне значимости и числа степеней свободы f1= 10 и f2= 9 равно
– Fт= 3,02. Следовательно, можно считать, что все значимые факторы выделены. На этом выделение факторов было закончено, а
результаты отсеивания сведены в таблицу 4.5.
По результатам корректировки экспериментальных данных
строили точечную диаграмму распределения значений параметра
оптимизации.
При отсеивающих экспериментах предполагается, что поверхность отклика описывается линейной моделью вида
Y  b0  b1x1    bn 1xn 1  d ,
(4.5)
где b0, b1, bn-1  коэффициенты регрессии при выделенных линейных членах; n  общее число линейных факторов; 1  число эффектов отсеивания; d  составляющая отклика, отнесенная к шумовому полю вместе с ошибкой опыта.
При обработке результатов отсеивающего эксперимента получили коэффициенты регрессии при выделенных линейных членах (b0= 1,1762; b1= 0,0353; b2= 0,0294; b3= 1,53394):
Таким образом, получили линейное уравнение, описывающее
поверхность отклика тягового сопротивления комбинированного
сошника:
Y=1,1762+0,0353 X1 -0,0294 X2+1,53394 X3
(4.6)
Проводили проверку адекватности модели по F-критерию
Фишера, для этого определяли дисперсию адекватности АД .
Статистическая оценка результатов показала на несоответствие полученной вычислениями модели к экспериментальной, так
как расчетный критерий Фишера равен Fр= 25,4, то есть оказался
больше табличного, который составляет Fт= 4,4. Следовательно,
аппроксимировать поверхность отклика полностью не представляется возможным и в этом случае необходимо перейти к планам
второго порядка.
С целью описания поверхности отклика уравнением второго
порядка использовали центральное композиционное ортогональное планирование второго порядка, которое отличается просто76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
той и удобством расчетов, а также позволяет проводить минимальное количество опытов [80].
На основании результатов отсеивающего эксперимента были
выбраны основные уровни варьирования выделенных факторов
(таблица 4.6).
Таблица 4.6 – Интервалы и уровни варьирования
Функция
отклика
Фактор и его обозначение
Кодиξ – угол
рован- 1
крошения
Показа- ванрыхлительтель
ное
ного зуба,
значеград
ние
Верхний
+1
уровень
Основной уро- 0
вень
Нижний
–1
уровень
Звезд1,215
ные
–1,215
точки
Интервал
варьирования
Х1
lГ – расстоя- h – высота
ние от носка установки
стрельчатой рыхлительлапы сошни- ного зуба, см RC, кН
ка до носка
рыхлительного зуба, см
Х2
Х3
Y
40
12
35
30
8
20
20
4
5
42,15
12,86
38,225
17.85
3,14
1,775
10
4
15
Для получения математической модели определения тягового
сопротивления сошника почве в виде полинома второй степени
реализовали ортогональный композиционный план, матрица планирования которого приведена в таблице 4.7. Общее число опы77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тов N зависит от числа факторов k и определяется по выражению
N=2k+2k+n. Величины «звездного плеча»  и число опытов n0 в
центре плана выбирают в зависимости от принятого критерия оптимальности. Значение «звездного» плеча при числе факторов
k = 3 равно –  = 1,215.
Таблица 4.7 – Матрица планирования экспериментов
и результатов опытов
№
опы
та
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
X0
X1
X2
X3
X1 X 2 X 2 X 3 X1 X 3
+1 +1 +1 +1 +1
+1 -1 +1 +1 +1
+1 +1 -1 +1 +1
+1 -1
-1 +1
0
+1 +1 +1 -1
0
+1 -1 +1 -1
0
+1 +1 -1 -1
-1
+1 -1
-1 -1
-1
+1 +1,215 0
0
0
+1 -1,215 0
0
0
+1 0 +1,215 0
0
+1 0 -1,215 +1
0
+1 0
0 +1,215 0
+1 0
0 -1,215 0
+1 0
0
0
0
+1
+1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
0
0
0
0
0
0
0
+1
-1
+1
-1
-1
+1
-1
+1
0
0
0
0
0
0
0
X 12 -
X 22 -
X 32 -
0,73
0,73
0,73
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,27 +0,27 +0,27
+0,746 -0,73 -0,73
+0,746 -0,73 -0,73
-0,73 +0,746 -0,73
-0,73 +0,746 -0,73
-0,73 -0,73 +0,746
-0,73 -0,73 +0,746
-0,73 -0,73 -0,73
Y
1,39
1,38
1,37
1,36
1,28
1,25
1,32
1,39
1,28
1,24
1,28
1,25
1,29
1,25
1,14
При получении адекватной математической модели второго
порядка необходимо определить координаты оптимума и изучить
свойства поверхности в окрестностях оптимума. Для этого производили канонические преобразования полученных математических моделей.
При каноническом преобразовании уравнений производим
перенос начала координат в новую точку S и поворот старых осей
на некоторый угол в факторном пространстве. Чтобы осуществить перенос начала координат в особую точку поверхности отклика, дифференцируем функцию отклика по каждой переменной
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и, приравняв к нулю частные производные, решаем полученную
систему уравнений, то есть, находим значения факторов, оптимизирующие величину критерия оптимизации.
После канонического преобразования и определения вида
поверхности отклика, проводим ее анализ с помощью двухмерных сечений. Для этого, придавая различные значения критерию
оптимизации в каноническом уравнении, строим серию кривых
равного выхода (изолиний), в области допустимых значений
варьирования независимых переменных. Рассмотрение двухмерных сечений дает наглядное представление о значениях критерия
оптимизации, которые он принимает при варьировании уровней
каждой пары факторов.
После обработки результатов многофакторного эксперимента, используя программу Statistika 6.0, получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость С
г в закодированном виде:
Y=1,168309+0,002611х10,009455х2+0,028176х3+0,055819х12+0,059206х22+
0,062593х32+0,012500х1х2+0,007500х1х3+0,027500х2х3
(4.7)
После получения значений факторов изучаем поверхности
отклика в зоне оптимальных значений факторов с помощью способа двумерных сечений, приравнивая к нулю один из факторов,
подставляем его в уравнение 4.7.
Оптимальные значения параметров (ξ1, h, lГ) представлены в
таблице 4.8.
Таблица 4.8 – Оптимальные значения исследуемых факторов
Оптимальное значение фактора
Исследуемый фактор В закодирован- В раскодированном виде
ном виде
ξ1 – угол крошения, град
–0,03260
29,674
lГ – расстояние от носка
рыхлительного зуба
0,08320
8,333
до носка стрельчатой
лапы сошника, см
h – высота установки
–0,25406
16,1891
рыхлительного зуба, см
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поверхности отклика изучали с помощью двумерных сечений с использованием программы Statistika Version 6.
Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость тягового сопротивления комбинированного
сошника от угла крошения рыхлительного зуба и горизонтального расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой
лапы представлено на рисунке 4.3. Координаты центра поверхности отклика в закодированном виде будут иметь значения
х1 = -0,03260, х2= 0,08232 (соответственно после раскодирования
ξ1= 29,674 град; lг= 8,333 см).
ζ1
Рисунок 4.3 – Двухмерное сечение поверхности отклика,
характеризующее зависимость величины тягового
сопротивления комбинированного сошника от угла
крошения рыхлительного зуба и расстояния
между носком стрельчатой лапы сошника и
носком рыхлительного зуба
Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость тягового сопротивления сошника от угла крошения рыхлительного зуба и высоты закрепления рыхлительного
зуба, представлено на рисунке 4.4.
Координаты центра поверхности отклика в закодированном
виде – х1= 00830 х3= – 0,22457 (соответственно после раскодирования ξ1= 30,00830 град, h = 16,63145 см).
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ζ1
Рисунок 4.4 – Двухмерное сечение поверхности отклика
характеризующее зависимость величины тягового
сопротивления комбинированного сошника от угла
крошения
рыхлительного
зуба
и
высоты
закрепления рыхлительного зуба
Рисунок 4.5 – Двухмерное сечение поверхности отклика
характеризующее зависимость величины тягового
сопротивления комбинированного сошника от
высоты закрепления рыхлительного зуба и
расстояния между носком стрельчатой лапы
сошника и носком рыхлительного зуба
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Двухмерное сечение поверхности отклика характеризующее
зависимость тягового сопротивления комбинированного сошника
от высоты закрепления рыхлительного зуба и расстояния между
носком стрельчатой лапы сошника и носком рыхлительного зуба
представлено на рисунке 4.5. Координаты центра поверхности
отклика в закодированном виде – х2= 0,02053, х3= – 0,25406 (после раскодирования lг= 8,08212 см, h = 16,1891 см).
При использовании уравнения (4.7) в инженерных расчетах
удобнее представить его в раскодированном виде, с учетом значимости коэффициентов регрессии его можно представить следующим выражением:
RС =2,170627 – 0,036731 · ξ1– 0,080112 · lг – 0,014416 · h +
+ 0,000558· ξ12 + 0,0037 · lг 2 + 0,000278 · h 2+0,000313 · ξ1 · lг +
+ 0,00005 · ξ1 · h + 0,000458 · h · lг
(4.8)
Анализируя графическое изображение двухмерных сечений
(рис. 4.3), (рис. 4.4) и (рис. 4.5) можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в интервалах: ξ1= 28…31 град, lг= 7…9 см, h = 14…18 см; при этом параметр оптимизации (Rс – тяговое сопротивление комбинированного сошника) будет равно 1,15 кН.
4.4 Результаты исследований по определению влияния
скорости движения комбинированного сошника
на тяговое сопротивление
В ходе проведения исследований по определению влияния
скорости движения комбинированного сошника на тяговое сопротивление (методика проведения описана в разделе 4.2), получены результаты (таблица 4.9), которые представлены в виде
графика (рисунок 4.6).
Таблица 4.9 – Данные результатов определения тягового
сопротивления комбинированного сошника
от скорости движения
Показатель
Скорость движения , м/с
Тяговое сопротивления, кН
Значение
1
1,5
2
2,5
3
3,5
1,08 1,09 1,11 1,13 1,16 1,24
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аппроксимация данных зависимости тягового сопротивления комбинированного сошника от скорости его движения (рисунок 4.6) полиномом второй степени позволила получить следующее уравнение:
RС = 0,027 v2 – 0,066 v + 1,123,
(4.9)
где RС – тяговое сопротивление комбинированного сошника, кН;
v – скорость движения комбинированного сошника, м/с.
При этом достоверность аппроксимации составила R2= 0,977.
Рисунок 4.6  Зависимость изменения величины тягового
сопротивления комбинированного сошника от
скорости его движения
В результате обработки данных исследований по определению влияния скорости движения комбинированного сошника на
его тяговое сопротивление была выявлена зависимость, позволяющая определить тяговое сопротивление при скорости движения 1,0…3,5 м/с.
4.5 Результаты исследований по определению влияния
глубины хода комбинированного сошника
на тяговое сопротивление
В ходе проведения данных исследований получены данные,
характеризующие зависимость тягового сопротивления комбинированного сошника от его глубины хода, которые представлены в
виде графика (рисунок 4.7) и таблицы 4.10.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.7  Зависимость изменения тягового сопротивления
комбинированного сошника от глубины его хода
Таблица 4.10 – Данные результатов определения тягового
сопротивления комбинированного сошника
от глубины его хода
Показатель
Глубина хода, см
Тяговое сопротивление, кН
Параметр
4
5
6
7
8
9 10
0,89 0,99 1,14 1,22 1,30 1,37 1,42
Аппроксимация данных полиномом второй степени зависимости тягового сопротивления комбинированного сошника от
глубины его хода (рисунок 4.11) позволила получить следующее
уравнение:
RС= – 0,007 Н2 + 0,198Н + 0,214,
(4. 10)
где RС – тяговое сопротивление , кН; Н – глубина хода, см.
При этом достоверность аппроксимации составила R2= 0,996.
В результате обработки данных исследований по определению влияния глубины обработки на тяговое сопротивление комбинированного сошника сеялки-культиватора была выявлена зависимость, позволяющая определить тяговое сопротивление
сошника при глубине обработки 4…10 см.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.6 Исследования по обоснованию оптимального типа
распределителя семян комбинированного сошника
Целью проведения исследований явилось определение оптимальной геометрической формы распределителя семян комбинированного сошника сеялки-культиватора, при обеспечении
максимально возможной равномерности распределения семян
зерновых культур по площади рассева. При проведении опытов
были выбраны 5 типов распределителей семян (рисунок 4.9).
Исследования по обоснованию оптимального типа распределителя семян проводились согласно ОСТ 10.5.1-2000 13 на
лабораторной установке (рисунок 4.8), состоящей из почвенного
канала 4 и приводной тележки 9. На приводную тележку 9 монтируется бункер 11 для семян, высевающий аппарат 12, семяпровод 13 и испытуемый сошник 14. Для приближения экспериментальных условий к реальным, сошник 14 на приводную тележку 9
устанавливали таким образом, чтобы нижняя кромка лапы сошника 14 почти касалась поверхности рассева 15. Поверхность
рассева 15 представляет собой липкую ленту, на которую нанесены учетные квадраты размером 55 см. Движение приводной тележки 10 осуществляется с помощью мотор-редуктор 5 посредством цепной передачи 3 и системы полиспастов 1. Вал высевающего аппарата 12 катушечного типа приводится во вращение от
мотор-редуктора 7 и многоступенчатого редуктора 6 с помощью
цепных передач 8. Включение и отключение установки производится с пульта управления 16.
Распределитель семян типа А представляет собой фигуру,
боковые грани которой выполнены по параболе вогнутостью
внутрь, а задняя грань отсечена плоскостью под углом 30º к вертикали. Тип Б представляет собой фигуру, боковые грани которой выполнены по параболе вогнутостью внутрь, а задняя грань
отсечена плоскостью под углом 5º к вертикали и представляет
собой несколько выпуклую плоскость.
Распределитель семян типа В представляет собой фигуру,
боковые грани которой выполнены по параболе вогнутостью
внутрь, а задняя грань представляет собой поверхность, порож-
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
денную вращением параболы на угол 180°. Высота распределителей семян типа А, Б, В относится к их ширине как 2:3.
Рисунок 4.8  Схема лабораторной установки для испытания
распределителей: 1 – система полиспастов;
2  трос; 3, 8 – цепная передача; 4 – почвенный
канал; 5, 7 – мотор-редуктор; 6 – редуктор;
9  приводная тележка; 10  навеска;
11 – бункер; 12 – высевающий аппарат;
13 – семяпровод; 14 – комбинированный сошник
сеялки-культиватора; 15  щит; 16  пульт
управления
Распределитель семян типа Г в проекции на горизонтальную
плоскость представляет собой пятиугольник, содержащий два
прямых угла, причём боковые грани представляют собой параболу, усечённую несколько левее оси ординат, а задняя поверхность
представляет собой поверхность, порожденную вращением параболы на 180º.
Распределитель семян типа Д образован двумя боковыми и
одной задней поверхностями, причём боковые поверхности образованы перемещением двух кривых вида полинома пятой степени
у=0,0003х5 – 0,0152х4 + 0,2901х3 – 1,3966х2 + 2,4538х – 0,3433 относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии сошника, при этом кривые вида полинома пятой степени лежат в по86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
перечно-вертикальной плоскости сошника и расположены справа
и слева от продольно-вертикальной плоскости симметрии сошника. Боковые поверхности распределителя при пересечении с продольно-вертикальной плоскостью симметрии сошника образуют
ребро распределителя семян, при этом задняя поверхность распределителя семян представляет собой поверхность, образованную поворотом кривой вида полинома пятой степени у=0,0003х –
0,0152х4 + 0,2901х3 – 1,3966х 2+ 2,4538х – 0,3433 на угол 180º вокруг вертикальной оси, проведённой через точку расположенную
на заднем конце ребра распределителя семян, а задняя точка ребра является вершиной задней поверхности распределителя семян,
причём сечение горизонтальной плоскостью рабочей поверхности распределителя семян представляет собой прямоугольник,
сопряжённый с полукругом, причём боковые стороны прямоугольника являются касательными к полуокружности. Высота
распределителя семян относится к его ширине как 2 : 5, при этом
длина ребра распределителя относится к общей длине распределителя семян как 2 : 3. Ребро распределителя семян выполнено с
радиусом скругления r = 1…2 мм.
Тип А
Тип Б
Тип В
Тип Г
Рисунок 4.8  Распределители семян
Тип Д
Последовательность проведения опытов следующая. Семенной материал засыпают в бункер (не менее ¾ от его общего
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
объема) и производят пуск высевающего аппарата, с целью заполнения его семенами. Затем закрепляют один из исследуемых
распределителей семян в подсошниковом пространстве. С пульта
управления одновременно включают привод высевающего аппарата и тележки. Семена поступают из бункера в семяпровод посредством высевающего аппарата, ударяясь о распределитель семян располагаются на липкой ленте, на которой нанесены учетные квадраты размером 55 см.
По методике Н.И. Любушко 2, 15 и в соответствии с ОСТ
70.5.1-82 15, за критерии равномерности распределения семян
по площади рассева были приняты коэффициент вариации и процент учетных квадратов с числом семян равным нулю и единице.
Повторность опытов по каждому типу распределителя семян трехкратная, количество учетных квадратов не менее 100.
Опыты проводились при норме высева 300 кг/га, скорости перемещения комбинированного сошника – 2,5 м/с и установке катушечного высевающего аппарата на высоте равной 0,95 м.
Таблица 4.10  Результаты исследований по обоснованию
оптимального типа распределителя семян
Тип распределителя семян
Показатель
Частоты квадратов с числом
семян 0, %
Частоты квадратов с числом
семян 1, %
Частоты квадратов с числом
семян 2,%
Коэффициент
вариации, %
Оптимальное
значение,
при m=1,78
А
Б
В
Г
Д
4,5
2,75
2,75
1,50
1,60
Не более
15 %
13,75 19,25 15,75 15,50 30,40
Не менее
28 %
26,25
25,5
21,25 22,75
24,8
-
58,4
57,4
60,5
55,3
0
88
58,0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данные проведенных экспериментов, которые подверглись
обработке, представлены в виде вероятностных кривых распределения семян по площади рассева всех типов распределителей
семян на рисунке 4.9. По оси абцисс указано количество семян в
учетных квадратах 55 см, а по оси ординат – частоты их появления, в процентах. Для удобства сопоставления опытных и оптимальных (расчетных) значений коэффициенты вариации (), частоты появления квадратов без семян (Р0) и частоты появления
квадратов с числом семян равным 1 (Р0) приведены в таблице
4.10 [2].
По данным таблицы 4.10 были построены вероятностные
кривые распределения семян по площади рассева в зависимости
от типа распределителя семян, представленные на рисунке 4.9.
Рисунок 4.10  Вероятностные кривые распределения семян по
площади рассева в зависимости от типа распределителя семян
Рассматривая данные таблицы 4.10 и рисунока 4.10, можно
сделать вывод, что допустимое количество пустых квадратов обеспечивают все типы распределителей, частоты которых соответственно равны 4,5 %, 2,75 %, 2,75 %, 1,5 % и 1,6 %, при максимально
допустимой – 15%. Несмотря на это у распределители семян типа
А, В и Г имеется низкий показатель частот квадратов с одним семенем, соответственно 13,75 %, 19,25 % 15,75 % и 15,50 %, причём
оптимальное значение должно быть не менее 28 %. Из вышесказанного можно сделать вывод, что типы А, Б, В и Г нельзя считать
оптимальными. Распределитель семян Д удовлетворяет требованию по числу квадратов с одним семенем и имеют показатель
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
равный 30,4 %. Исходя из значения коэффициента вариации наименьший показатель имеет распределитель семян типа Д и составляет – 55,3 % и частота появления пустых квадратов составляет 1,6 % при допустимом значении – 15 %, а число квадратов с
одним семенем составляет 30,4 %. Кроме того, суммарная частота
квадратов с числом семян одно и два равно 55,2 %, то есть больше половины учетных квадратов находятся в интервале среднего
арифметического значения m = 1,78. Таким образом, для дальнейших исследований целесообразно использовать распределитель семян типа Д.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНО-ПОЛЕВЫХ
И ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
С КОМБИНИРОВАННЫМИ СОШНИКАМИ
5.1 Цель лабораторно-полевых исследований
Целью проведения исследований явилось обоснование возможности применения комбинированного сошника сеялкикультиватора, уточнение оптимальных значений его конструктивных параметров в полевых условиях.
5.2 Лабораторно-полевые исследования иииллиииииии
сеялки-культиватора
с комбинированными сошниками
5.2.1 Условия проведения лабораторно-полевых тттттттт
исследований
Лабораторно-полевые исследования проводились согласно
отраслевому стандарту СТО АИСТ 5.1-2006 «Сеялки тракторные.
Методы испытаний» [16, 17], на полях ОАО «Ночкинское хлебоприёмное предприятие» и ОАО «Петровский хлеб» Пензенской
области в 2008-2009 годах. В качестве семенного материала использовались семена озимой пшеницы сорта «Московская 39» с
нормой высева 300 кг/га. Характеристика семян приведена в таблице 5.1.
Таблица 5.1  Характеристика семян яровой пшеницы
сорта «Московская 39»
Показатель
Насыпная плотность семян,
кг/м3
Сортовая чистота, %
Влажность, %
Всхожесть, %
Чистота семян, %
Посевная годность, %
Масса 1000 штук семян, г
91
Значение
752-775
98,0
12,0
97,0
98,5
95,0
42,0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследования проводились сеялкой-культиватором (рисунок 5.1) с комбинированными сошниками, которая состоит из
рамы 11 (рисунок 5.2) с дышлом 1, бункера для семян и удобрений 5, в днище которых установлены катушечно-желобчатые семявысевающие и катушечно-штифтовые туковысевающие аппараты, передних 2 и задних колёс 9, механизма подвески передних
колёс и гидроцилиндра, механизма привода семя- 4 и туковысевающих 6 аппаратов, заравнивающего устройства 10 и прикатывающих устройств 8.
Рисунок 5.1 – Общий вид экспериментальной сеялки-культиватора
с комбинированными сошниками
К поперечным брусьям рамы 11 на специальных кронштейнах крепятся в три ряда пятнадцать сошников 12 (рисунок 5.3, б)
с экспериментальными распределителями семян (рисунок 5.4),
причём на переднем ряду и на крайних сошниках второго и
третьего рядов установлены комбинированные сошники (рисунок
5.3, а).
Прикатывающие катки 8 (рисунок 5.2) установлены на специальной рамке. Привод семя- и туковысевающих аппаратов
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
осуществляется от заднего колеса 9 посредством цепной передачи и коробок перемены передач.
Рисунок 5.2  Схема экспериментальной сеялки-культиватора:
1  дышло; 2  переднее колесо; 3  маркёр;
4  привод зерновых аппаратов; 5  бункер для
семян и удобрений; 6  привод туковых
аппаратов; 7  площадка; 8  прикатывающее
устройство; 9  колесо заднее; 10  выравнивающее
устройство; 11  рама; 12  комбинированный
сошник
а
б
Рисунок 5.3  Сошники сеялки-культиватора:
а  комбинированный сошник; б – базовый сошник
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
Рисунок 5.4  Экспериментальный (а) и базовый (б)
распределители семян
Для облегчения доступа обслуживающего персонала к бункеру семян и удобрений на раме 11 (рисунок 5.2) установлена
площадка 7. Каждый бункер 5 имеет отделения для семян и гранулированных минеральных удобрений. Спереди сеялка опирается на пневматические колёса 2, сзади на колёса 9, с помощью
гидроцилиндра она переводится из транспортного положения в
рабочее и обратно.
Для проведения лабораторно-полевых исследований сеялкикультиватора был выбран участок, позволяющий выполнить программу работ по агротехнической оценке. Поэтому был выбран
типичный, однородный участок по предшественнику и соответствующий исходным требованиям. Тип почвы, рельеф, микрорельеф, влажность и твёрдость почвы определяли в соответствии
с ГОСТ 20915 [2, 16, 17].
В дни проведения опытных посевов определялась влажность
почвы и ее твердость на глубине 0…5 см, 5…10 см, 10…15 см по
диагонали участка в пятикратной повторности. Остальные характеристики определялись заранее по методике, изложенной в главе
2. Данные замеров приведены в таблицах 5.2, 5.3 и приложении
Д. Ширину учетных делянок принимали равной двум проходам
сеялки при длине 100 м.
Норму высева семян определяли перед проведением сравнительного опыта на участке, расположенном рядом с опытным,
для этого сеялка с опущенными сошниками проходила путь длиной 100 м, а семена собирали в специальные емкости. Высеянную
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
каждым аппаратом массу семян определяли на весах с погрешностью ± 1 г. Опыты проводили в трехкратной повторности.
Таблица 5.2  Влажность и твердость почвы на пару
Горизонт
почвы
0…5 см
5…10 см
10…15 см
Среднее
значение
Влажность, %
Твердость, МПа
повторность
повторность
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
14,6 15,7 15,2 15,1 14,8 0,18 0,19 0,21 0,19 0,20
21,9 22,3 21,1 21,6 22,1 0,43 0,54 0,49 0,46 0,49
24,4 25,2 25,6 25,2 24,8 0,86 0,94 1,08 0,89 0,95
20,6
0,54
Таблица 5.3  Влажность и твердость почвы на стерневом
фоне
Влажность, %
Твердость, МПа
Горизонт почвы
повторность
повторность
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
0…5 см
10,2 10,5 10,0 10,9 10,6 0,49 0,42 0,46 0,43 0,40
5…10 см
13,4 13,2 12,7 13,6 14,2 1,0 0,9 0,96 0,91 0,81
10…15 см
17,6 16,8 17,0 17,2 16,5 1,3 1,20 1,23 1,20 1,19
Среднее значение
13,6
0,83
Фактическую норму высева вычисляли по формуле [12]:
Q = 104 q/BL,
(5.1)
где Q – фактическая норма высева, кг/га; q – масса семян, высеянных всеми аппаратами, кг; В – ширина захвата сеялки, м;
L – длина участка, м.
В процессе исследований все конструктивные и режимные
параметры сошников с бороздообразующим рабочим органом сеялки-культиватора оставались неизменными, за исключением исследуемых. Исследуемые параметры заведомо задавались такими, чтобы по результатам анализа опытных данных можно было
установить характер влияния их на удельное тяговое сопротивление экспериментальной сеялки-культиватора и на основе всестороннего изучения определить их оптимальные значения.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Высота установки рыхлительного зуба h регулировалась посредством перемещения рыхлительного зуба в пазах кронштейна,
при этом сам кронштейн также устанавливался соответственно на
разной высоте, путём закрепления его на стойке сошника. Высота
установки рыхлительного зуба регулировалась в пределах 10–25
см с интервалом 3 см.
Угол крошения рыхлительного зуба ξ1 изменялся путём
смены рыхлительного зуба и кронштейна, при этом значение угла
изменялось в пределах 20–40 град через 5 град.
Расстояние от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы сошника lГ изменялось путём замены кронштейна крепления рыхлительного зуба, при этом значение этого параметра
изменялось в пределах 5–15 см с интервалом 2 см.
При изучения влияния скорости на удельное тяговое сопротивление агрегата, скорость испытуемой сеялки с экспериментальными сошниками изменилась в пределах от 6…12 км/ч, что
соответствует агротехническим требованиям, а затем на повышенной на 25…30 % (13–15 км/ч) согласно ОСТ 10 5.1 2000. Рабочую скорость агрегата определяли по длине учетной делянки с
учетом времени ее прохождения [2, 13].
5.2.2 Исследования по определению оптимальных
конструктивных параметров экспериментальной
сеялки-культиватора с комбинированными
сошниками
Оптимальные конструктивные параметры комбинированных сошников находятся путем изменения основных параметров
рыхлительного зуба и определения удельного тягового сопротивления. Поэтому для определения энергетических показателей
технологического процесса посева экспериментальной сеялкой
использовалась малогабаритная переносная информационноизмерительная система ИП-238, предназначенная для измерения,
анализа, запоминания и отображения параметров, определяющих
эксплуатационно-технологические качества тракторов и сельскохозяйственных машин.
Система ИП-238 была использована при агрегатировании и
контрольном динамометрировании сеялки при лабораторно96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
полевых и производственных испытаниях. ИП-238 состоит из измерительного блока, портативного компьютера, коммутационного блока и кабеля питания. Она устанавливается в кабине трактоТаблица 5.4  Основные технические данные системы ИП-238
Наименование показателей
Единица измеЗначение
рения
Количество измерительных каналов:
аналоговых
дискретных
Количество масштабных ступеней
Пределы измерения аналоговых
сигналов:
1-я ступень усиления АЦП
2-я ступень ...
3-я ступень ...
Разрешение:
1-я ступень усиления АЦП
2-я ступень ...
3-я ступень ...
Рабочий диапазон частот измерения
дискретных каналов*
Погрешность измерения дискретных
сигналов в рабочих диапазонах
влияющих величин
Диапазон задания длительности
опыта
Шаг задания длительности опыта
Мощность, потребляемая
аппаратурой
Питание аппаратуры
Рабочий диапазон температур
Масса
шт.
шт.
4
6
шт.
2
В
В
В
0 … +10
0…+5
0…+2,5
мВ
2,44
1,22
0,61
Гц
1…300
ед.
±1
с
1…900
с
0,1
Не более
50
11-14
0...+50
Не более 5
Вт
В
°С
кг
ра. Соединительный блок для подключения первичных преобразователей находится на специальной подставке. Первичные преобразователи подключены к соединительному блоку с помощью97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кабелей. С помощью специального изолированного многожильного кабеля соединительный блок подключается к аппаратуре.
Кабель питания подключается к соответствующему разъему аппаратуры и бортовой сети трактора [2].
Расчет энергетических показателей производится по формулам:
мгновенная скорость
vм = Iпс ·Кп · 3.6,
(5.2)
где vм  мгновенная скорость, км/ч; Iпс  количество импульсов
датчика пути за одну секунду; Кп  калибровочный коэффициент
датчика пути, м4;
средняя скорость:
vср = Iп · Кп · 3.6 / Т,
(5.3)
где vср  средняя скорость за опыт, км/ч; Кп  количество импульсов датчика пути за опыт; Т  длительность опыта, с.;
мгновенное тяговое усилие:
Рм = Sтс · Кт,
(5.4)
где Рм  мгновенное тяговое усилие, кН; Sтс  среднее значение
канала датчика усилия, В; Кт  калибровочный коэффициент датчика усилия, кН/В;
среднее тяговое усилие:
Рср = Sт · Кт,
(5.5)
где Рср  среднее тяговое усилие за опыт, кН; Sт  среднее значение канала датчика за опыт, В;
часовой расход топлива:
С = Iт · Кт · р · 3.6 / Т,
(5.6)
где С  часовой расход топлива за опыт, кг/ч; Iт  количество импульсов расходомера, имп; Кт  калибровочный коэффициент
расходомера топлива, см3 /имп; р  удельный вес топлива, г/ см3;
удельный расход топлива:
g = С · 1000 / Nср,
(5.7)
где g  удельный расход топлива, г/кВт.ч.
При уточнении наиболее значимых оптимальных значений
конструктивных параметров сеялки-культиватора с комбинированными сошниками, угла крошения рыхлительного зуба, расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы,
высоты установки рыхлительного зуба изменялся только один
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
параметр, остальные оставались постоянными – равными оптимальным значениям, полученным при лабораторных и лабораторно-полевых исследованиях.
После обработки опытных данных построены графики (рисуни 5.5, 5.6, 5.7) и определены корреляционные связи между величиной удельного тягового сопротивления R (RСc – на стерневом
фоне, RСп – на паровом фоне) и исследуемыми параметрами, выражаемые уравнениями параболической функции.
Рисунок 5.5 – Влияние расстояния от носка рыхлительного зуба
до носка стрельчатой лапы на удельное тяговое
сопротивление
Аппроксимация данных полиномом второй степени зависимости расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы lГ на удельное тяговое сопротивление экспериментальной сеялки-культиватора (рис. 5.5) позволила получить следующее зависимости:
на стерневом фоне
,
(5.8)
с
Г
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,836.
на паровом фоне
,
(5.9)
п
Г
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,969.
Проанализировав графические зависимости (рисунок 5.5),
можно сделать вывод о том, что оптимальные значения расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы lГ
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
должны составлять 7 см, при этом удельное тяговое сопротивление не будет превышать 3,49 кН/м.
В ходе проведения исследований по определению влияния
угла крошения рыхлительного зуба на величину удельного тягового сопротивления получены графические зависимости (рисунок
5.6).
Рисунок 5.6 – Влияние угла крошения рыхлительного зуба
на удельное тяговое сопротивление сеялкикультиватора
Аппроксимация данных полиномом второй степени зависимости угла крошения рыхлительного зуба ζ1 на удельное тяговое
сопротивление сеялки-культиватора (рис. 5.6) позволила получить следующее зависимости:
на стерневом фоне
,
(5.10)
с
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,999.
на паровом фоне
,
(5.11)
п
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,999.
Данные исследований и графические зависимости, приведенные на рисунке 5.6, показали, что при угле крошения 25 град,
темп нарастания удельного тягового сопротивления в рассматриваемом диапазоне 25…30 град минимален, а величина удельного
тягового сопротивления составляет 3,48 кН/м.
При выявлении зависимостей величины тягового сопротивления комбинированного сошника от высоты установки рыхли100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельного зуба получили данные, которые представлены на рисунке 5.7
Рисунок 5.7 – Влияние высоты установки рыхлительного зуба на
удельное тяговое сопротивление
Аппроксимация данных полиномом второй степени зависимости высоты установки рыхлительного зуба h на удельное тяговое сопротивление сеялки-культиватора (рисунке 5.7) позволила
получить следующее зависимости:
на стерневом фоне:
,
(5.12)
с
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,992.
на паровом фоне:
,
(5.13)
п
2
достоверность аппроксимации составила R = 0,960.
Проанализировав графические зависимости (рисунок 5.7)
можно сделать вывод о том, что оптимальные значения высоты
установки рыхлительного зуба h должны находиться в пределах
18 см, при этом удельное тяговое сопротивление не будет превышать 3,48 кН/м.
Таким образом были уточнены основные конструктивные
параметры экспериментальной сеялки-культиватора с комбинированными сошниками, определенные в лабораторных исследованиях.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2.3 Определение влияния скорости движения экспериментальной сеялки-культиватора и глубины посева
на величину удельного тягового сопротивления
Исследования по определению влияния скорости движения
и глубины посева на величину удельного тягового сопротивления
экспериментальной сеялки-культиватора с сошниками проводились согласно методике, изложенной в разделе 5.2.2, в результате
проведения которых получены опытные данные, представленные
в виде графиков, изображенных на рисунке 5.8. Следует отметить, что исследования проводились на стерневом фоне и глубине
посева 0,04 м; 0,06 м; и 0,08 м
Рисунок 5.8 – Влияние скорости движения и глубины посева на
удельное тяговое сопротивление экспериментальной сеялки-культи-ватора при работе на стерневом фоне
Аппроксимация данных полиномом второй степени зависимости скорости движения и глубины посева на удельное тяговое
сопротивление экспериментальной сеялки-культиватора позволила получить следующее зависимости:
при глубине посева а = 0,04 м
(5.14)
где
– удельное тяговое сопротивление, кН;
v – скорость движения, м/с.
Достоверность аппроксимации составила R2 = 0,996;
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при глубине посева а = 0,06 м
(5.15)
2
Достоверность аппроксимации составила R = 0,996;.
при глубине посева а = 0,08 м
(5.16)
2
Достоверность аппроксимации составила R =0,998.
Анализ графиков (рисунок 5.8) показывает, что при увеличении
скорости
движения
экспериментальной
сеялкикультиватора и глубины посева, удельное тяговое сопротивление
увеличивается. Оптимальная скорость движения экспериментальной сеялки-культиватора при глубине посева 0,06 м не должна превышать 11 км/ч, при этом удельное тяговое сопротивление
сеялки культиватора не превысит 3,56 кН/м.
5.3 Полевые исследования экспериментальной сеялкикультиватора с комбинированными сошниками
Результатом исследований явилась разработка экспериментальной сеялки-культиватора с комбинированными сошниками,
совместно с ООО «КЗТМ» (г. Кузнецк Пензенской области).
Полевые исследования проводились на полях ОАО «Ночкинское хлебоприёмное предприятие» Никольского района и
ОАО «Петровский хлеб» Пензенской области с целью определения количественных и качественных показателей работы сеялкикультиватора с базовыми и комбинированными сошниками. Исследования проводились в установленные для средней полосы
России сроки посева семян зерновых культур, в реально сложившихся условиях, при влажности почвы в слое 5…10 см – 20,6 % и
твердости почвы – 0,54 мПа. Участок площадью 50 га при длине
гона 700 м имеет ровный рельеф, и уклон составляет 3º. Контур
поля близок к правильной форме прямоугольника [2].
Методика проведения исследований соответствовала СТО
АИСТ 5.1-2006 14.
Конструктивные параметры комбинированных сошников
соответствовали оптимальным значениям, которые были получены в результате лабораторных исследований: рабочая скорость
агрегата составляла 10 км/ч; глубина посева 6 см, угол крошения
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рыхлительного зуба бороздообразующего рабочего органа ξ1 = 25
град, высота закрепления рыхлительного зуба h = 18 см на стойке
сошника, расстояние от носка стрельчатой лапы сошника до носка рыхлительного зуба lГ = 7 см. Оценку качества работы осуществляли по следующим показателям: удельному тяговому сопротивлению; доле семян, находящихся в слое почвы; равномерности распределения семян озимой пшеницы по площади рассева.
Таблица 5.5  Техническая характеристика сеялкикультиватора с комбинированными
сошниками
Показатель
Тип машины
Способ посева
Ширина захвата
Рабочая скорость, км/ч
Транспортная скорость, км/ч
Производительность за час основного
времени, га
Количество обслуживающего персонала,
чел.
в том числе тракторист
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Дорожный просвет, мм
Общая масса, кг
Число сошниковых групп, шт.
Ширина захвата одного сошника, мм
Значение показателя
Прицепная
Подпочвенноразбросной
3,5
До 15
До 18
3,28
1
1
1
3490
4225
1580
Не менее 190
1620
15
250
5.3.1 Результаты исследований по определению
удельного тягового сопротивления агрегата
В результате проведения опытов было установлено, что при
работе двухсеялочного агрегата с комбинированными сошниками
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на стерневых фонах удельное тяговое сопротивление составило
3,5 кН/м, а в базовой комплектации составило 3,9 кН/м, на паровом фоне соответственно 3,2 кН/м и 3,3 кН/м. Таким образом,
экспериментальная сеялка-культиватор с комбинированными
сошниками позволяет снизить тяговое сопротивление на стерневом фоне на 10,2 % и на паровом фоне – на 3 %. Сравнительные
характеристики по энергетическим испытаниям представлены в
таблице 5.6.
Таблица 5.6 – Энергетические показатели сопоставляемых
агрегатов
Показатель
Тяговое
сопротивление
машины, кН
Удельное
тяговое
сопротивление
машины, кН/м
Стерневой фон
Пар
эксперименэксперименбазовый
базовый
тальный
тальный
24,5
27
22,4
23,1
3,5
3,9
3,2
3,3
5.3.2 Определение глубины заделки семян
Глубину заделки семян определяли по этолированной части
растений (рисунок 5.9, (а)) после появления не менее 75 % всходов, по всей ширине захвата агрегата и двух смежных его проходах, на полосах, намеченных по методу рандомизации вне следа
трактора [90, 94]. С этой целью в день посева на одной из повторностей опыта намечали полосы. В каждой полосе не менее
чем у трехсот растений срезали надземную часть, оставшуюся
часть растений вместе с семенами выкапывали и измеряли с погрешностью не более ± 1 мм [2, 16].
В результате обработки опытных данных было установлено,
что равномерность глубины заделки семян сеялки-культиватора с
комбинированными сошниками (рисунок 5.8, (б)) значительно
превышает серийный сошник. Экспериментальный сошник заде105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лывает на заданную глубину  1 см – 82,4…83,4 % семян, а базовый – 67,9…71,3 %.
а
б
Рисунок 5.9 – Определение глубины заделки семян: а) замеры;
б) равномерность распределения семян по глубине
5.3.3 Определение равномерности распределения семян
по площади рассева
При проведении исследований, равномерность распределения растений по площади рассева определялась на каждом проходе агрегата в трёх площадках площадью 30 м2 в трёхкратной
повторности после полного появления всходов. Равномерность
распределения семян по площади рассева оценивали путем наложении рамки (рисунок 5.10), разбитой на квадраты, размером
5 × 5 см, и оценивалась по методике, изложенной в главе 4. Результаты исследований представлены в таблице 5.7 [2].
Анализируя данные таблицы и полигона распределения
можно сделать вывод, что количество незасеянных площадок у
экспериментального сошника составила 2,25 %, а у базового 6,5
%, количество площадок с одним и двумя семенами у экспериментального – 84 %, а у базового – 68,25 %, при этом коэффициент вариации, характеризующий неравномерность распределения
семян составил соответственно 58,95 % и 84,4 %, а, следовательно, равномерность распределения семян по площади рассева у
экспериментального сошника составила 41,05 %, а у базового –
15,6 %. Таким образом, применение комбинированного сошника
с новым распределителем семян целесообразно.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
Рисунок 5.10  Рамка для оценки равномерности распределения
растений по площади поля: а – схема; б – рамка
на поле
Таблица 5.7 – Результаты определения равномерности распределения семян
Число семян
на участке, шт.
0
1
2
3
4
5
Процент участков, %
экспериментальный
базовый
2,25
6,50
53,25
45,50
30,75
22,75
8,5
13,00
5,25
8,75
0
3,50
Рисунок 5.11  График неравномерности распределения семян
по площади рассева
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.3.4 Определение ширины засеваемой полосы сошниками
После появления всходов определяли ширину засеваемой
полосы. Измерения проводили в двух смежных проходах посевного агрегата по каждому ряду сошников. Ширина засеваемой
полосы измерялась поперек прохода агрегата между крайними
растениями относительно центра полосы на длине 1 метр в трехкратной повторности с погрешностью не более ± 0,5 см (рисунок
5.12).
Рисунок 5.12 – Определение ширины засеваемой полосы
По данным был построен график распределения семян по
ширине засеваемой полосы.
Рисунок 5.13  График распределения семян по ширине
засеваемой полосы
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В результате опыта было определено, что комбинированный
сошник с экспериментальным распределителем семян обеспечивал высев семян полосой 240 мм и по результатам был построен
график распределения семян по ширине засеваемой полосы (рисунок 5.13). Анализируя график равномерности распределения
растений по ширине, можно сделать вывод, что сошник с экспериментальным распределителем семян более качественно распределяет семена по ширине засеваемой полосы по сравнению с
базовым.
5.3.5 Определение урожайности
Согласно методике, урожай с опытного участка и контрольных посевов затаривали в мешки и взвешивали (рисунок 5.14). С
целью определения влажности и засоренности зерна, сразу после
взвешивания отбирали пробу зерна около 1 кг и определяли
влажность и засоренность по общепринятым методикам и выражали в проц. к сырой навеске. Урожай зерна, полученный при
взвешивании, приводили к 14 % влажности и 100 % чистоте по
формуле:
Y 100  B   100  C 
Õ
,
(5.12)
100  B1   100
где Х – урожай при 14 % влажности, ц/га; Y – урожай без поправки на влажность, ц/га; В – влажность зерна при взвешивании, проц;
В1 – стандартная влажность, проц; С – засоренность зерна, проц.
Рисунок 5.14  Определение урожайности растений
Окончательную оценку сравнительных полевых исследований посевных агрегатов определяли по урожайности культуры
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(таблица 5.8). Так на посевах, произведенных экспериментальной
сеялкой-культиватором с комбинированными сошниками, вследствие более равномерного распределения растений по площади
питания, урожайность пшеницы составила – 22,5 ц/га, в то же
время на посевах, проведенных серийной сеялкой СШ-3,5 урожайность составила – 20,2 ц/га.
Перед уборкой, для анализа урожая по диагонали опытного
участка отбирали не менее трех снопов с площадок в 0,25 м2
(0,50,5 м) для определения общего количества растений, стеблей, в том числе продуктивных. Число стеблей и растений переводили в штуки на 1 м2. Из снопов для детального анализа отбирали по 25 типичных стеблей растений, по которым определи
значения кустистости, длины и массы соломы стебля, длины колоса, числа зерен в колосе, массы зерна колоса. Полученные данные обрабатывались статистическими методами [2].
Таблица 5.8 – Результаты структурного анализа
Показателб
Число растений на 1 м2 , шт.
Количество продуктивных
растений, шт.
Высота растений, см.
Длина колоса, см.
Число зерен в колосе, шт.
Масса зерен 1000 шт.
Масса зерна со 100 растений, г
Биологическая урожайность, ц/га
Вариант сошников
серийный экспериментальный
361
364
331
342
40,0
4,6
14,3
42,6
60,9
20,2
43,1
4,9
15,1
43,5
65,7
22,5
Структурный анализ урожая показал, что среднее значение
кустистости и масса 1000 семян у растений, посеянных экспериментальными сошниками, значительно выше. Кроме того, было
установлено, что сохранение стерни в базовой комплектации сеялки составил 80,1 %, а у экспериментальной сеялкикультиватора составил 84,2 %.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
С КОМБИНИРОВАННЫМИ СОШНИКАМИ
Показателями, характеризующими оптимальные режимы
работы сеялки-культиватора, являются производительность и
урожайность возделываемой культуры. Расчет техникоэкономических показателей посевного агрегата произведен на
основании хронометрических наблюдений за работой в полевых
условиях хозяйства. Экономическая эффективность определялась
в сравнении с СШ-3,5, исходя из величин трудозатрат и прямых
издержек на 1 га засеваемой площади. Исходными данными служили нормативно-справочная литература и результаты полевых
испытаний 2, 17.
Сопоставимость исходных и конечных условий производства в двух вариантах (существующая и проектируемая технологии) обеспечена тем, что работа в обоих случаях происходила на
одном поле, в одно и то же время, имела одни и те же сопряженные операции. Кроме того, применение сеялки-культиватора с
комбинированными сошником не изменило предыдущих и последующих операций технологического процесса возделывания
пшеницы.
6.1 Расчет балансовой стоимости сеялки-культиватора
В основе экономических расчетов лежат техникоэкономические характеристики сеялки СШ-3,5 и экспериментальной сеялки-культиватора с комбинированными сошниками
(таблица 6.1).
Оценку экономической эффективности предлагаемой машины проводили по следующим основным показателям 2:
 экономия эксплуатационных издержек на единицу выполненной работы или полученной продукции и снижения ее себестоимости;
 размеры дополнительных капиталовложений на внедрение
средств механизации и срок их окупаемости.
Перечисленные показатели вычислялись по общепринятой
методике 2.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6.1 – Технико-экономические характеристики СШ-3,5
и экспериментальной сеялки-культиватора
Показатель
Агрегатирование
Количество обслуживающего персонала,
чел.
Коэффициент использования времени
смены
Среднегодовая загрузка, ч
Производительность:
за 1 час (основного времени), га/ч
за смену, га/см
за год, га/год
Норма амортизационных отчислений, %
Норма отчислений на ремонт и ТО, %
Числовое значение
показателя
эксперисеялка
ментальная
СШ-3,5
сеялкакультиватор
Т-150 К
Т-150 К
1
1
0,75
160
0,78
160
3,15
25,2
504,0
12,5
3
3,28
26,24
524,8
12,5
3
Затраты труда на технологический процесс определяли, исходя из количества занятых рабочих и норм выработки.
Удельные затраты труда на посев определяется для базового
и нового процесса по формуле
T 
Л
,
WЧА С
(6.1)
где Т – удельные затраты труда, чел.-ч./га; WЧАС – производительность за час сменного времени, га/ч; Л – количество обслуживающего персонала, чел.
Снижение затрат труда на единицу продукции (%) определяется по формуле
С ПТ 
Т Б Т Н
100 ,
ТБ
(6.2)
где ТБ и ТН – удельные затраты труда базового и нового процессов, чел.-ч/га.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Производительность труда
П
Рост производительности труда
Р ПТ 
WЧАС
Л
(6.3)
ПН  ПБ
100
ПБ
(6.4)
Результаты расчетов экономии живого труда представлены в
таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Затраты труда на посев семян озимой
пшеницы сорта «Московская 39»
Показатель
Затраты труда, чел.-ч/га
Снижение затрат труда, %
Производительность труда, га/ч
Рост производительности
труда, %
Сеялка
СШ-3.5
0,32
3,15
Экспериментальная
сеялка-культиватор
0,3
6,25
3,28
-
4,1
При анализе данных таблицы 6.2 видно, что экспериментальная сеялка-культиватор имеет лучшие показатели экономии
живого труда: уменьшение затрат труда на 6,25 % и снижение
увеличение производительности труда на 4,1 %, что связано с
увеличением сменной выработки сеялки за счёт отсутствия бульдозерного эффекта во время работы.
Амортизационные отчисления:
ÇÀ 
Áòð  Àòð
100  Ä ñåç  W÷àñ.ì

Áì  Àì
,
100  Ä ñåç  W÷àñ.ì
(6.1)
где
Бтр, Бм – балансовые стоимости трактора, сеялкикультиватора, руб; Атр, Ам – норма амортизационных отчислений
в процентах от балансовой стоимости, руб; Дсез.тр, Дсез.м – количество часов работы трактора, машины за сезон (сезонную загрузку
принимаем в размере установленного нормативного типичнго для
региона), ч; Wчас.м – производительность агрегата за час сменного
времени, га.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для определения балансовой цены экспериментальной машины воспользовались методикой определения стоимости изготовления научно исследовательской разработки, согласно которой балансовая цена разработки определяется по формуле:
Цн = Цс – Цз.о. + Скон. ,
(6.2)
где Цс – цена машины, на базе которой изготавливается научноисследовательская разработка (СЩ-3.5), руб.; Цз.о. – стоимость
заменяемых рабочих органов, руб.; Скон. – стоимость изготовления проектируемой конструкторской разработки, включаемой в
базовую машину (СШ-3.5), руб. определяется по формуле:
С кон.= Ск.д. + Сод .+ Сп.д. + Ссб.к.+Свм.+Соп.,
(6.3)
где Ск.д. – стоимость изготовления корпусных деталей, рам, каркасов, руб.; Сс.д. – затраты на изготовление оригинальных деталей, руб.; Сп.д. – цена покупных деталей, изделий, узлов или агрегатов, руб.; C сб.к. – полная заработная плата с отчислениями на
единый социальный налог (20,0 %) и взнос в фонд социального
страхования от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний (2,5 %) производственных рабочих, занятых на сборке конструкции, руб.; Свм. – стоимость вспомогательных материалов (2…4 % от затрат на основные), руб.; Cоп. –
общепроизводственные (цеховые) накладные расходы на изготовление или модернизацию конструкции, руб.
Затраты на изготовление оригинальных деталей:
Со.д. = С пр.н. + См ,
(6.4)
где С пр.н. – оплата труда (с начислениями) производственных рабочих, занятых на оригинальных деталей; См – стоимость материала заготовок для изготовления оригинальных деталей.
Всего оплата труда
Ñïð.í.  ÑÎÑÍ .  ÑÄÎÏ.  ÑÎÒÏ.  ÑÅÑÍ ÑÒ. ,
(6.5)
где Сосн. – основная зарплата производственных рабочих, руб.
Сосн.. = tср Сt Кд ,
(6.6)
где tср. – средняя трудоемкость изготовления корпусных и оригинальных деталей, чел.-ч.; Сt – часовая ставка рабочих, исчисляемая по среднему разряду, руб.; Кд – отраслевой коэффициент,
учитывающий доплаты к основной зарплате, Кд = 1,3; СДОП. – дополнительная оплата основному работнику за качество и срок
25 % от тарифной ставки, руб.; СОТП.– резерв на отпуска 8,43 % от
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
суммы тарифной ставки и доплаты, руб.; СЕСН+СТ – единый социальный налог (20,0 %) и взнос в фонд социального страхования
от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний (2,5 %) 22,5 % от суммы тарифной ставки, доплат, резерв на отпуска.
Стоимость материала заготовок для изготовления оригинальных деталей:
См.з. = Сз  Qз ,
(6.7)
где Сз – цена килограмма заготовки, руб.; Qз – масса заготовки, кг.
Цена покупных деталей изделий, агрегатов Сп.д. берется по
рыночным ценам, действующим в данный момент.
Свм = 4(Q  Скд + Спд.)/100,
(6.8)
Полная заработная плата производственных рабочих, занятых на сборке конструкции Ссб определяют по формуле (6.5)
Основную заработную плату производственных рабочих,
занятых на сборке конструкции, рассчитывают по формуле:
Сосн.сб. = Тсб.  Сt  Кд ,
(6.9)
где Тсб. – нормативная трудоемкость сборки конструкции, чел.-ч.
которую находят по выражению:
Тсб = Кс  Etсб. ,
(6.10)
где Кс – коэффициент, учитывающий соотношение между полным и оперативным временем сборки, равный 1,08; Etсб. – суммарная трудоемкость сборки составных частей конструкции, чел.-ч.
Дополнительная заработная плата и начисления на нее рассчитываются по вышеизложенной методике.
Таблица 6.2 – Данные для расчета балансовой цены
экспериментальной машины
Показатель
Значение
Трудоемкость изготовления оригинальных
11,1
деталей, чел.-ч
Трудоемкость операций по сборке конструкции,
1,2
чел.-ч
Общая стоимость базовой модели, руб.
350000
Стоимость покупаемых деталей и узлов, руб.
700
Часовая тарифная ставка рабочего, занятого
на изготовлении и сборке конструкции, руб.
33,03
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общепроизводственные (цеховые) накладные расходы на
изготовление или модернизацию конструкции:
Соп.= С'пр. Rоп. / 100;
(6.11)
где С'пр – фонд оплаты труда производственных рабочих, участвующих в изготовлении или модернизации, руб.;
С' пр. = Спр.н + Ссб. ,
(6.12)
где Rоп – процент общепроизводственных расходов (Rоп.=25).
Данные необходимые для расчета балансовой цены экспериментальной машины, приведены в таблице 6.2.
6.2 Прямые эксплуатационные затраты
Прямые эксплуатационные затраты, приходящиеся на единицу работы, определяют по формуле:
Эксплуатационные затраты на единицу работы (1 га), руб.:
ÇÝ  Çï  ÇÀ  ÇÐ  Çò  Çì ,
(6.13)
где Зп – оплата труда рабочих, обслуживающих агрегат, руб;
ЗА – амортизационные отчисления, руб; ЗР – отчисления на текущий ремонт и технические уходы, руб; ЗТ – стоимость топлива,
руб; Зм – стоимость вспомогательных материалов, руб.
Оплата труда рабочих, обслуживающих агрегат, производится по тарифным ставкам с учетом доплат;
Зп = Зп1+Зп2
(6.14)
где Зп1 – оплата труда основных рабочих, руб.
ÇÏ1  N1  ( ÑÒÀÐ.  ÑÄÎÏ.  ÑÎÒÏ.  ÑÅÑÍ ÑÒ. ) / W×ÀÑ. (6.15)
где N1 – количество основных работников, чел.; Стар1 – часовая
тарифная ставка основного рабочего с учетом отраслевого коэффициента, руб.; СДОП. – дополнительная оплата основному работнику за качество и срок 25 % от тарифной ставки (берется из положения по оплате труда), руб.
СДОП.= 0,25 Стар1
(6.16)
где - СОТП.– резерв на отпуска 8,43 % от суммы тарифной ставки и
доплаты, руб.;
ÑÎÒÏ. 
8,43  ( ÑÒÀÐ.  ÑÄÎÏ. )
100
116
,
(6.17)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где - СЕСН+СТ – единый социальный налог (20 %) и взнос в фонд социального страхования от несчастных случаев на производстве и
профессиональных заболеваний (2,5 %) 22,5 % от суммы тарифной
ставки, доплат, резерв на отпуска (при уплате ЕСХН ЕСН составляет 10,3 %).
21,7  ( ÑÒÀÐ.  Ñ ÄÎÏ .  ÑÎÒÏ. )
ÑÅÑÍ. ÑÒ. 
,
(6.18)
100
где Зп2 – оплата труда подсобных рабочих, руб.
ÇÏ2  N1  ( ÑÒÀÐ.  ÑÄÎÏ.  ÑÎÒÏ.  ÑÅÑÍ  ÑÒ. ) / W×ÀÑ. (6.19)
где N2 – количество подсобных рабочих, чел.; Стар2 – часовая тарифная ставка подсобных рабочих с учетом отраслевого коэффициента, руб.; СДОП., СОТП, СЕСН+СТ – рассчитываются аналогично как и для основных работников.
Отчисления на текущий ремонт и технические уходы определяются по формуле
ÇÐ 
Áòð  Ðòð
100  Ä ñåç  W÷àñ.ì

Áì  Ðì
,
100  Ä ñåç  W÷àñ.ì
(6.20)
где Бтр, Бм – балансовые стоимости трактора, машины, руб;
Ртр, Рм – норма отчисления на текущий ремонт и технические
уходы в процентах от балансовой стоимости, руб;
Дсез.тр, Дсез.м – количество часов работы трактора, машины за сезон, руб; Wчас.м – производительность агрегата за час сменного
времени, га.
Стоимость топлива исчисляется по формуле
ЗТ = НТ·ЦТ,
(6.21)
где НТ – норма расхода топлива на 1 га, кг; ЦТ – комплексная цена топлива за 1 кг, руб.
Стоимость вспомогательных материалов определяется по
формуле
ЗМ = НМ·ЦМ,
(6.22)
где НМ – удельный расход материалов на единицу работы, кг, м,
шт.; ЦМ – цена единицы расходуемого материала, руб.
Все перечисленные составляющие и показатели эксплуатационных расходов в рублях на единицу продукции приведены в
таблице 6.3.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6.3 – Показатели эксплуатационных затрат
Элемент затрат
Фонд оплаты труда, руб./га
Амортизационные отчисления, руб./га
Затраты на ремонт ТО и хранение,
руб./га
Затраты на ТСМ, руб./га
Сумма эксплуатационных затрат, руб./га
ЭкспериСерийная ментальная
машина
сеялкаСШ-3,5
культиватор
20,7
19,8
100,8
96,2
87,1
83,2
58,0
392,6
65,0
364,2
6.3. Годовой экономический эффект от внедрения
сеялки-культиватора
Срок окупаемости основных капитальных вложений находится из выражения
(6.23)
Ãýô.  ( È óä.ñ.  È óä.í. )  Qí  Ä ,
где Qí – объем работ при проектируемом варианте, руб.; Д – денежная оценка дополнительно полученной продукции, руб.
В свою очередь денежная оценка Д определяется как:
(6.24)
Ä  Í ó  Ö  Qí ,
где Í Ó – дополнительная урожайность сельскохозяйственной
культуры, т/га; Ö – цена 1 т продукции, руб.
Удельные приведенные затраты ÏÇ óä.ñ(í) определяются из
выражения
(6.25)
ÏÇ óä.ñ(í)  È óä.ñ(í)  Åí  Ê óä.ñ(í) ,
где È óä.ñ(í) – удельные эксплуатационные затраты при существующей и новой технологии посева, руб./га; Åí – норматив приведения разновременных затрат и результатов, равен 0,1; Ê óä.ñ(í) –
удельные капитальные вложения при существующей и новой
технологии посева, руб./га;
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Удельные капитальные вложения ê óä.ñ(í) определяются по
формуле:
Á
ê óä.ñ(í) 
,
(6.26)
W÷  Òã
где Á – балансовая стоимость машины, руб.; Òã – годовая наработка машины, ч.
6.4 Срок окупаемости основных капитальных вложений
Êî
,
(6.27)
à ýô.
где Ко – основные капитальные вложения, руб.
Результаты расчета экономической эффективности применения экспериментальной сеялки-культиватора представлены в
таблице 6.4.
Òîê 
Таблица 6.4 – Результаты расчета экономической
эффективности применения
сеялки-культиватора
с комбинированными сошниками
Показатель
Балансовая стоимость машины, тыс. руб.
Годовая экономия, тыс. руб./га
Годовой экономический эффект при нормативной
годовой загрузке 160 ч., тыс. руб.
Срок окупаемости основных капитальных
вложений, лет
119
Значение
353,477
1,030
607,414
0,580
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЫВОДЫ
Анализ существующих конструкций сошников зерновых
сеялок-культиваторов показал, что, несмотря на их многообразие,
по-прежнему остро стоит вопрос снижения удельного тягового
сопротивления посевных машин. Одним из наиболее эффективных путей снижения удельного тягового сопротивления посевных агрегатов и сеялок, является применение лаповых сошников
с различными бороздообразователями. Однако при работе такие
сошники зачастую выглубляются, что ведет с снижению равномерности распределения семян по площади рассева на заданной
глубине. Снижения удельного тягового сопротивления можно
достичь путем применения сошника с рыхлительным зубом с
острым углом вхождения, который, кроме того, обеспечивает
лучшую равномерность распределения семян по площади рассева
на заданной глубине.
Изучены физико-механические свойства почвы, необходимые для разработки сошника с рыхлительным зубом. Установлено, что удельный вес почвы (среднесуглинистый чернозем) в слое
0…8 см составляет 24,9 · 103 Н/м3; объёмный вес почвы в слое
0…8 см – 10,2 · 103 Н/м3; при влажности почвы 10…40 %, твердость изменялась в пределах 11,41…1,45 МПа, липкость на сдвиг
колебалась 0,2…2,2 Па, липкость на отрыв – от 0,02 Па до 0,2 Па,
коэффициент трения почвы по стали при влажности почвы 30 %
достигал 0,85.
Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости для определения: ширины рыхлительного зуба;
ширины зоны деформации почвы рыхлительным зубом; расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы сошника; тягового сопротивления комбинированного сошника сеялкикультиватора. Расчетами установлено, что применение комбинированного сошника с рыхлительным зубом шириной 0,02 м, установленном на расстоянии от носка стрельчатой лапы на 0,07 м и
глубине обработки 0,06 м, позволит снизить тяговое сопротивление с 1,18 до 1,13 кН.
Лабораторные исследования позволили определить конструктивные параметры комбинированного сошника сеялкикультиватора: угол крошения рыхлительного зуба ξ1 = 28…
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31 град; высоту установки рыхлительного зуба h =14…18 см;
расстояние от носка стрельчатой лапы до носка рыхлительного
зуба lГ = 7…9 см, при этом тяговое сопротивление комбинированного сошника будет не превышать 1,15 кН. Выявлены зависимости тягового сопротивления комбинированного сошника от
скорости его движения и глубины хода. Определен оптимальный
тип распределителя семян, рабочие поверхности которого выполнены в виде полинома пятой степени.
В ходе лабораторно-полевых исследований были подтверждены результаты лабораторных исследований и определены основные качественные и количественные показатели работы сеялки-культиватора. Минимальное удельное тяговое сопротивление
сеялки-культиватора 3,48 кН/м было получено при угле крошения рыхлительного зуба ξ1 = 25 град, высоте закрепления рыхлительного зуба h = 18 см, расстоянии от носка стрельчатой лапы до
носка рыхлительного зуба lГ = 7 см. Оптимальная скорость движения экспериментальной сеялки-культиватора при глубине посева 0,06 м должна не превышать 11 км/ч, при этом удельное тяговое сопротивление не превысит 3,56 кН/м. Полевые исследования показали, что удельное тяговое сопротивление посевного агрегата, состоящего из двух эксперементальных сеялоккультиваторов и трактора Т-150К, по сравнению с базовым снизилось на 10,2 %, и составило 3,5 кН/м, равномерность распределения семян по площади рассева увеличилась на 25,45 %, равномерность глубины заделки семян увеличилась на 23 %, прибавка
урожая составила до 0,23 т/га.
Экономические расчеты подтверждают, что применение сеялки-культиватора с комбинированными сошниками экономически целесообразно. Эксплуатационные издержки при посеве зерновых культур снизились на 28,4 руб./га, годовая экономия от
получения дополнительной продукции составляет 1,03 тыс.
руб./га. Годовой экономический эффект при нормативной годовой загрузке 160 ч составил 607,414 тыс. рублей на один посевной агрегат, при сроке окупаемости 0,58 года.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
1. Пронин, В.М. Надежные и эффективные машины для ресурсосберегающих технологий Поволжья / В.М. Пронин // Техника и оборудование для села. – 2002. – №9. – С.8-10.
2. Шумаев, В.В. Повышение качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой комбинированного
сошника: дис…канд. техн. наук: 05.20.01/ В.В. Шумаев – Пенза,
2009. – 139 с.
3. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные
машины / Н.И. Кленин, В.А. Сакун. – М.: Колос, 1994. – 751 с.
4. Ларюшин, Н.П. Современные посевные машины / Н.П.
Ларюшин. – Пенза: РИО ПГСХА, 2007. – 100 с.
5. Ларюшин, Н.П. Краткий справочник по регулировкам
сельскохозяйственных машин / Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2003. – 180 с.
6. Физико–механические свойства растений, почвы и удобрений. Методы исследований, приборы, характеристика. – М.:
Колос, 1970. – 371 с.
7. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. – 6 с.
8. Синеоков, Г.Н., Теория и расчет почвообрабатывающих
машин / Г.Н. Синеоков, И.М. Панов. – М.: Машиностроение,
1977. – 328 с.
9. Пат. 2368114 РФ, МКИ3 А01С 7/20. Сошник стерневой
сеялки / Н.П. Ларюшин, С.А. Сущев, В.В Лапин и др.  №
2008107159; заявлено 26.02.2008; опубл. 27.09.2009. Бюл. № 27. –
8 с.
10. Ларюшин, Н.П. Теоретические исследования сошника с
бороздообразующим рабочим органом [текст] / Н.П. Ларюшин,
А.В. Мачнев, В.В. Шумаев // Нива Поволжья. – № 1. – 2010. – С.
58-61.
11. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
12. Планирование эксперимента при поиске оптимальных
условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. – М.:
Наука, 1976. – 279 с.
13. ОСТ 10.5.1-2000. Испытание сельскохозяйственной тех122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ники. Машины посевные. Методы оценки функциональных
показателей.
14. ОСТ 10 2.3-2002. Испытания сельскохозяйственной техники. Асинхронный электропривод. Методы оценки.
15. Ларюшин, Н.П. Лабораторные исследования сошника
сеялки-культиватора с бороздообразующим рабочим органом
[текст] / Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, В.В. Шумаев // Нива Поволжья. – № 3. – 2008. – С. 60-63.
16. Ларюшин, Н.П. Полевые исследования сошника сеялкикультиватора ССВ-3.5 [текст] / Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, В.В.
Шумаев // Нива Поволжья. – № 1. – 2009. – С. 74-76.
17. СТО АИСТ 5.1- 2006. Сеялки тракторные. Методы испытаний.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................. 3
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований........................... 4
1.1 Классификация способов посева семян зерновых культур
и их характеристики .............................................................................. 4
1.2 Обзор конструктивных схем зерновых сеялок ............................. 8
1.3 Обзор и анализ конструктивных схем сошников
зерновых сеялок ..................................................................................... 20
2 Исследование физико-механических свойств почвы ..................... 30
2.1 Характеристика почв Пензенской области ................................... 30
2.2 Методика проведения и результаты исследований
физико-механических свойств почвы ................................................. 33
3 Теоретические исследования технологического процесса
работы комбинированного сошника сеялки-культиватора ............. 47
3.1 Выбор объекта исследования ......................................................... 47
3.2 Обоснование конструктивных параметров
комбинированного сошника сеялки-культиватора ........................... 47
4 Исследования факторов, влияющих на работу
комбинированного сошника ................................................................ 68
4.1 Программа исследований ............................................................... 68
4.2 Методика проведения лабораторных исследований
по определению тягового сопротивления комбинированного
сошника сеялки-культиватора.............................................................. 68
4.3 Результаты исследований по определению
конструктивных параметров комбинированного сошника ............. 71
4.4 Результаты исследований по определению влияния
скорости движения комбинированного сошника
на тяговое сопротивление ..................................................................... 82
4.5 Результаты исследований по определению влияния
глубины хода комбинированного сошника на тяговое
сопротивление ........................................................................................ 83
4.6 Исследования по обоснованию оптимального типа
распределителя семян комбинированного сошника.......................... 85
5 Результаты лабораторно-полевых и полевых исследований
сеялки-культиватора с комбинированными сошниками ................. 91
5.1 Цель лабораторно-полевых исследований ................................... 91
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2 Лабораторно-полевые исследования сеялки-культиватора
с комбинированными сошниками ....................................................... 92
5.3 Полевые исследования экспериментальной
сеялки-культиватора с комбинированными сошниками .................. 103
6 Экономическая эффективность применения
сеялки-культиватора с комбинированными сошниками ................. 111
6.1 Расчет балансовой стоимости сеялки-культиватора ................... 111
6.2 Прямые эксплуатационные затраты .............................................. 116
6.3. Годовой экономический эффект от внедрения
сеялки-культиватора.............................................................................. 118
6.4 Срок окупаемости основных капитальных вложений ................ 119
Выводы .................................................................................................. 120
Литература .............................................................................................. 122
Оглавление ............................................................................................. 124
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научное издание
Николай Петрович Ларюшин
Алексей Валентинович Мачнев
Василий Викторович Шумаев
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОСЕВА СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ
КУЛЬТУР КОМБИНИРОВАННЫМ СОШНИКОМ
СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
Теория, конструкция, расчет
Монография
Компьютерная верстка В.В. Шумаев
Корректор Л.А. Артамонова
Подписано в печать 11.09.2012
Формат 60×84 1/16
Бумага Гознак Print
Отпечатано на ризографе
Усл. печ. л. 7.32
Тираж 500 экз.
Заказ № 99
РИО ПГСХА
440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30
126
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа