Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 3 (83)

УДК 6931.316.022.4

Технологические, энергетические и экономические показатели работы универсального парового культиватора

Е.В. Припоров, канд. техн. наук

ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ

Предложена конструкция центробежного аппарата, в котором материал поступает по радиусу центробежного диска [1]. Разработана авторская методика выбора ресурсосберегающего режима движения тягового агрегата на базе современных тракторов [2]. На основе анализа выпускаемых сеялок обоснована рациональная конструкция сошника зерновой сеялки для ресурсосберегающей технологии [3, 4].

Материал и методы исследования. Паровые культиваторы обеспечивают уничтожение сорняков и рыхление почвы без её оборачивания во время поверхностной обработки. Рабочий орган культиватора, выполняя рыхление, создаёт мелкокомковатую структуру почвы, что снижает испарение влаги и сохранение питательных элементов в доступной форме. Рыхление слоя почвы снижает объёмную плотность, обеспечивая приток кислорода воздуха в нижние слои горизонта.

В зависимости от технологии, на которую рассчитаны культиваторы, они подразделяются на стерневые (тяжёлые) для ресурсосберегающей технологии и культиваторы для традиционной технологии подготовки почвы под посев и обработки паров. Стерневые культиваторы проводят безотвальную обработку почвы по стерневым предшественникам на глубину до 20 см (технология минимальной обработки почвы Mini-till). На поверхности почвы по завершении обработки остаются стерневые остатки, что обеспечивает их защиту от ветровой эрозии. Необходимая глубина обработки культиватора достигается значением конструктивной массы, приходящейся на единицу ширины захвата в интервале от 720 до 1000 кг/м. Потребная мощность двигателя стерневых культиваторов на единицу ширины захвата составляет от 38 до 55 л.с./м.

Культиваторы для сплошной обработки почвы по традиционной технологии подразделяются на универсальные для обработки паров средней серии и предпосевные лёгкой серии. Эти культиваторы имеют меньшую удельную металлоёмкость и удельную энергоёмкость. Универсальные культиваторы проводят обработку почвы на глубину до 12 см. Универсальность этих культиваторов заключается в том, что они проводят уход за парами и выполняют предпосевную обработку почвы для посева по традиционной технологии. Во время обработки паров уничтожаются сорняки, а во время предпосевной культивации эти культиваторы создают оптимальные условия для прорастания и появления восходов культурных растений. Потребная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата, составляет от 17 до 27 л.с./м. Удельная масса культиватора, приходящаяся на метр рабочей ширины захвата, составляет от 270 до 380 кг/м.

Универсальные культиваторы оснащены культиваторной лапой шириной от 150 до 300 мм. Каждая культиваторная лапа установлена на S-образной стойке в три или четыре ряда в шахматном порядке. Рекомендуемая скорость движения составляет от 8 до 12 км/ч. Наличие упругой стойки обеспечивает самоочистку рабочего органа от растительных остатков и несколько снижает тяговое сопротивление.

Цель исследования – определить взаимосвязь технологических, энергетических и экономических параметров работы универсального парового культиватора.

Результаты исследования. Рабочие органы универсального парового культиватора закреплены на раме таким образом, что каждый последующий рабочий орган перекрывает предыдущий на некоторую величину Z. Расстояние между продольной осью культиваторных лап, расположенных в соседних рядах, составляет а. Количество рядов культиваторных лап в продольном направлении составляет n. По ширине захвата в поперечном направлении культиваторные лапы установлены с некоторым шагом, равным S. На рисунке 1 представлена технологическая схема расстановки двух соседних культиваторных лап установленных в одном ряду.

Рис. 1 – Схема расстановки культиваторных лап в продольном направлении

На рисунке 1 показано, что расстояние между соседними рабочими органами культиватора в одном ряду составляет:

S = an_p = (b – Z)n_p, (1)

где S – расстояние между соседними рабочими органами в ряду, м;

a – расстояние между культиваторными лапами в соседних рядах, м;

n_р – число рядов культиваторных лап в продольном направлении культиватора.

Схема расстановки рабочих органов культиватора в поперечном направлении представлена на рисунке 2.

Рис. 2 – Схема расстановки рабочих органов в поперечном направлении

Из выражения 1 следует, что при фиксированном значении ширины захвата культиваторной лапы с увеличением числа рядов в продольном направлении увеличивается расстояние между соседними рабочими органами в ряду.

Рабочая ширина захвата культиватора В при числе рядов культиваторных лап в поперечном направлении, равном n, очевидно, будет составлять:

B = S(n – 1) + b, (2)

где В – расстояние между крайними рабочими органами культиватора, м;

n – число культиваторных лап в поперечном направлении.

Общее число рабочих органов культиватора будет равно:

n_о = n_pn, (3)

С учётом выражений (1), (2) и (3) рабочая ширина захвата культиватора определяется по формуле:

B = (b – Z) (n_о – n_р) + b. (4)

Зависимость рабочей ширины захвата культиватора от величины перекрытия культиваторных лап в соседних продольных рядах представлена на рисунке 3.

Рис. 3 – Зависимость рабочей ширины захвата от величины перекрытия культиваторных лап в соседних рядах:

ширина захвата культиваторной лапы – 0,15 м; общее число культиваторных лап – 50

По графику видно, что увеличение величины перекрытия культиваторных лап в соседних продольных рядах сопровождается уменьшением рабочей ширины захвата. Универсальные культиваторы с большим числом рядов в продольном направлении при фиксированном значении величины перекрытия имеют меньшую рабочую ширину захвата, чем у культиваторов с меньшим числом рядов. Причина связана с тем, что, как следует из выражения 4, при увеличении числа рядов в продольном направлении снижается и величина перекрытия.

Тяговое сопротивление культиватора определяется по выражению [5]:

R_м = k_мВ = k_мb + k_м(b – Z)(n_o – n_p). (5)

На рисунке 4 представлена зависимость тягового сопротивления культиватора от общего числа рабочих органов.

Рис. 4 – Зависимость тягового сопротивления культиватора от общего числа рабочих органов культиватора:

удельное тяговое сопротивление – 2,4 кН/м; ширина захвата культиваторной лапы – 0,15 м; величина перекрытия лап в соседних рядах – 0,035 м; рабочая ширина захвата культиваторной лапы – 0,15 м и ширина – 0,3 м

Рисунок 4 показывает, что увеличение общего числа культиваторных лап сопровождается увеличением тягового сопротивления агрегата. При фиксированном значении числа культиваторных лап тяговое сопротивление пропорционально ширине захвата культиваторной лапы. Чем меньше ширина культиваторной лапы, при фиксированном их числе, тем меньше будет и тяговое сопротивление.

Потребная мощность двигателя трактора определяется по формуле [5]:

(6)

где N_кр – мощность на крюке трактора, кВт;

v – скорость движения агрегата, км/ч.

Потребная мощность на крюке трактора с учётом выражения (4) составит:

(7)

По результатам анализа выражения (7) установлено, что увеличение величины перекрытия и увеличение числа рядов в продольном направлении сопровождается снижением потребной мощности трактора.

На рисунке 5 представлена зависимость потребной мощности двигателя трактора от величины перекрытия культиваторных лап в соседних рядах в продольном направлении.

Рис. 5 – Зависимость потребной мощности двигателя от величины перекрытия соседних рабочих органов:

удельное тяговое сопротивление почвы – 2,4 кН/м; рекомендуемая скорость движения – 12 км/ч; ширина захвата культиваторной лапы – 0,15 м; общее число рабочих органов культиватора – 50; число рядов рабочих органов в продольном направлении – 3

Анализ графика свидетельствует, что увеличение ширины перекрытия культиваторных лап в соседних продольных рядах на 37 % сопровождается снижением потребной мощности двигателя трактора в среднем на 14 %.

Важный экономический показатель работы культиваторного агрегата – производительность агрегата. Величина часовой производительности определяется по известной зависимости [5];

(8)

где W – часовая техническая производительность агрегата, га/ч;

τ – коэффициент использования времени смены.

С учётом выражения (7) часовая техническая производительность агрегата составит:

(9)

Выражение (9) представляет зависимость часовой производительности культиваторного агрегата от технологических параметров.

Основные направления повышения часовой производительности универсального культиватора сводятся к следующему:

– увеличение рекомендуемой скорости движения агрегата в пределах агротребований;

– уменьшение величины перекрытия культиваторных лап в соседних продольных рядах;

– уменьшение числа рядов культиваторных лап в продольном направлении.

На основе проведённого исследования по анализу технологических параметров универсального парового культиватора можно сделать следующие выводы.

– расстановка рабочих органов проводится в продольном и поперечном направлениях. Число рядов в поперечном направлении составляет три или четыре;

– доказано, что ширина захвата культиватора зависит от ширины захвата культиваторной лапы, общего числа рабочих органов и числа рабочих органов в продольном направлении;

– изменение ширины захвата культиваторной лапы и технологических параметров культиватора сопровождается изменением ширины захвата агрегата;

– увеличение ширины перекрытия культиваторных лап в соседних рядах сопровождается изменением тягового сопротивления, потребной мощности двигателя трактора и часовой производительности агрегата.

Литература

1. Пат. на изобретение RUS 2177216.  Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих материалов / Якимов Ю.И., Иванов В.П., Припоров Е.В., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б. заяв. 14.03.2000.

2. Припоров Е.В. Особенности комплектования агрегатов на базе современных тракторов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. стат. по материал. 72-й науч.-практич. конф. преподавателей по итогам НИР за 2016 г. Краснодар, 2017. С. 315 – 316.

3. Рябомизов В.В., Припоров Е.В. Анализ сошников сеялок для посева зерновых // Вестник научно-технического творчества молодёжи Кубанского ГАУ. В 4-х томах / cост. А.Я. Барчукова, Я.К. Тосунов; под ред. А. И. Трубилина; отв. ред. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2016. С. 143 – 146.

4. Припоров Е.В., Левченко Д.С. Анализ сошников сеялок ресурсосберегающих технологий посева зерновых // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 109. С. 379.

5. Зангиев А.А., Шпилько А.В., Левшин А.Г. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: КолосС, 2008. 320 с.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-83-3-198-202

Аннотация

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 3 (83), стр. 198-202