Обоснование рациональных составов и режимов работы экспериментальных почвообрабатывающих и посевных агрегатов для условий приобской зоны алтайского края

Математическое ожидание рабочей скорости движения трактора в составе МТА зависит от энергонасыщенности трактора, коэффициента использования сцепного веса и других показателей. Уравнение связи имеет вид:

, (2)

где - номинальная мощность двигателя сельскохозяйственного трактора, кВт;

- коэффициент использования номинальной мощности двигателя в эксплуатации;

-КПД трансмиссии трактора;

-коэффициенты аппроксимации для определения математического ожидания КПД буксования движителей;

- математическое ожидание коэффициента использования сцепного веса трактора;

- коэффициент сопротивления качению трактора.

Агротехнически допускаемый рабочий диапазон скоростей движения агрегатов устанавливается исходя из требований качества выполнения технологического процесса.

Величина математического ожидания чистой производительности агрегата определяется как:

. (3)

Расход топлива агрегата на единицу обработанной площади вычисляется согласно:

, (4)

где - средний расход топлива, г/с.

Тогда, совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить рациональные параметры и режимы работы почвообрабатывающих и посевных МТА с учетом требований агротехнологий применительно к различным условиям эксплуатации.

Количественная оценка принятых ограничений, значимости влияния отдельных факторов на почву и формирование урожая зерновых культур устанавливается на основе данных закладки полевых опытов и испытаний машин в составе агрегатов.

Таким образом, предлагаемая математическая модель позволяет оптимизировать составы и режимы работы МТА, обосновать технологические комплексы машин для реализации сберегающих технологий и основные направления их совершенствования.

На основе разработанной модели были получены обобщенные эксплуатационные характеристики агрегатов для предпосевной обработки почвы на базе культиватора КД и колесных тракторов К-700А, К-701 и К-744 Р2 (пример: рис. 1-3; вес культиватора – минимальный), а также на базе зернотравяной сеялки ДТ для рядового посева зерновых культур при агрегатировании с колесными тракторами Беларусь 820, Беларусь 1222 и Беларусь 1523 при условии изменения ширины захвата и удельного веса машины.

Теоретические расчеты показали, что с точки зрения соблюдения агротребований по скоростям движения агрегата, достижения максимальной производительности и наименьшего расхода топлива на единицу обработанной площади эффективнее использовать дисковый культиватор КД шириной захвата 9,0 м с трактором К-700А, шириной захвата 9,0 с трактором К-701и 10,3 с трактором К-744 Р2. При этом вес дискового культиватора должен составлять 27,2, 27,2 и 31,8 кН соответственно.

Рис.1. Обобщенная эксплуатационная характеристика агрегата

К-700А+КД при минимальном удельном весе культиватора

Рис.2. Обобщенная эксплуатационная характеристика агрегата

К-701+КД при минимальном удельном весе культиватора

Рис.3. Обобщенная эксплуатационная характеристика агрегата

К-744 Р2+КД при минимальном удельном весе культиватора

Наилучшие средние эксплуатационные показатели при выполнении предпосевной обработки почвы из сравниваемых МТА реализует агрегат К-744Р2+КД-10,3: рабочая скорость движения 2,79 м/с, вес культиватора 31,8 кН, чистая производительность 29,0 м2/с, расход топлива на единицу обработанной площади 0,49 г/м2.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» представлена общая программа экспериментов, выполнено описание информационно-измерительной аппаратуры, применяемой при проведении опытов.

Задачами экспериментальных исследований являлись: проверка правильности основных теоретических положений, установление изменения основных энергетических и агротехнических характеристик МТА при выполнении предпосевной обработки почвы и посева на различных скоростях движения, оценка влияния на урожай пшеницы отдельных технологических факторов (предпосевная обработка почвы, посев, предшественник, норма высева).

В качестве базовых агрегатов для сравнения на предпосевной обработке почвы приняты применяемые в хозяйствах Приобской зоны края культиваторы для сплошной обработки почвы КТС-10-2, КТС-10-1, КПЭ-3,8, агрегатируемые с колесными тракторами К-701 и К-700А. Новыми являлись агрегаты на базе культиваторов КД-6,2 (производство ОАО авторемзавод «Павловский») и Smaragd (производство фирмы «Lemken», Германия) и гусеничных тракторов Т-4А.

Испытания посевных агрегатов проводились на базе сеялок ДT-6 (производство Германия) и гусеничных тракторов Т-4А. Базовым агрегатом являлся Т-4А+СП-11+3 СЗП-3,6А.

Для выявления влияния почвообрабатывающих и посевных агрегатов на качественные показатели обработки почвы и посева, производительность, топливную экономичность и урожай пшеницы по различным предшественникам были заложены полевые опыты в ОПХ «Комсомольское» Павловского района в 2000 году.

Исследовалось влияние следующих факторов на агрофизические свойства почвы и урожай пшеницы:

1. Орудия для проведения предпосевной культивации: Смарагд, КПЭ-3,8, КД-6,2, КТС-10-2.
2. Сеялки: СЗП-3,6А, ДТ-6.
3. Норма высева пшеницы (3 уровня).
4. Предшественники (соя, кукуруза и сахарная свекла).

Реализован полно факторный эксперимент типа 4*2*3*3. Всего 72 делянки.

При проведении опытов замерялись и определялись следующие показатели: плотность, твердость и влажность почвы по слоям горизонта, агрегатный состав почвы, рабочая скорость движения МТА, статистики изменения глубины обработки почвы и гребнистости поверхности поля по всей ширине захвата МТА. По появлении всходов оценивалось их количество по рядкам посевов и глубина заделки семян.

По состоянию на период уборки замерялись и определялись составляющие урожая пшеницы: количество продуктивных стеблей, количество зерен в колосе, масса 1000 зерен по сравниваемым вариантам посева, а также проводился комбайновый обмолот зачетных делянок.

Обработка данных выполнялась на персональном компьютере по программе «Статистика».

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены данные комплексной оценки МТА при проведении предпосевной обработки почвы и посева пшеницы почвообрабатывающими и посевными агрегатами.

В результате энергетической оценки агрегата Т-4А+Смарагд на предпосевной обработке почвы установлено, что величина максимального среднего расхода топлива двигателя в опытах составила 6,51 г/с. Агрегат с шириной захвата 4,0 м обеспечит эффективное использование потенциальных возможностей трактора Т-4А при глубине обработки почвы 0,12-0,16 м. Диапазон рабочих скоростей составит 2,61-2,26 м/с (9,4-8,1 км/ч), чистая производительность агрегата 10,44-9,04 м2/с (3,76-3,25 га/ч), а расход топлива на единицу обработанной площади 0,62-0,72 г/м2 (6,2-7,2 кг/га).

Анализ выходных показателей агрегата Т-4А+КД-6,2 на предпосевной обработке почвы показывает, что величина максимального среднего расхода топлива в опытах составила 6,42 г/с. Агрегат с данной шириной захвата обеспечивает рациональную загрузку трактора Т-4А в диапазоне средней глубины обработки почвы 0,08-0,14м на скоростях движения 2,68-2,03 м/с. Величина чистой производительности МТА составляет при этом 16,08-12,18 м2/с (5,79-4,38 га/ч), а соответствующий расход топлива на единицу обработанной площади 0,40-0,53 г/м2 (4,0-5,3 кг/га).

Испытываемый агрегат Т-4А+КД-6,2, в сравнении с агрегатом Т-4А+Смарагд (Вр=4,0 м), при сопоставимых средних значениях глубины обработки почвы обеспечит среднее повышение производительности на 25,7 % и снижение погектарного расхода топлива на 21,6 %.

Агрегат Т-4А+ДТ-6 при посеве зерновых культур реализует максимум чистой производительности 15,0 м2/с (5,4 га/ч) при расходе топлива 6,42 г/с и скорости движения 2,50 м/с. Величина расхода топлива на единицу обработанной площади при этом равна 0,43 г/м2 (4,3 кг/га).

Результаты закладки полевого опыта по оценке влияния почвообрабатывающих и посевных агрегатов на агротехнические показатели и изменение урожая пшеницы показали, что имеются значимые различия в агрегатном составе почвы по исследуемым предшественникам.

Так, по сое максимальное содержание агрегатов размером более 10 мм составляет более 50%, что в два раза больше, чем по сахарной свекле. Количество же агрегатов остальных размеров при этом меньше, чем по кукурузе и сахарной свекле. После предпосевной обработки почвы различными агрегатами по всем предшественникам происходит снижение количества агрегатов размером более 10 мм и возрастание размером 1-10 мм, а содержание агрегатов размером 1-2 мм и более 10 мм выравнивается и составляет 22-32 %.

Наименьшее значение стандартного отклонения гребнистости поверхности поля после обработки обеспечивает агрегат К-700А+2 КПЭ-3,8. При средней высоте гребней 4,8 см величина стандартного отклонения составляет 1,25 см, а коэффициент вариации - 26,0 %. Применение агрегатов К-701+КТС-10-2 и Т-4А+Смарагд приводит к увеличению стандартного отклонения гребнистости после обработки до 2,44 и 2,65 см соответственно, что при средних значениях 6,50 и 7,40 см дает вариацию 37,5 и 35,8 %. Агрегат Т-4А+КД-6,2 имеет наибольшую вариацию гребнистости поверхности поля после обработки - 50,7 % при средней величине 4,20 см и стандартном отклонении 2,13 см.

Оценивая равномерность хода орудий по глубине, следует отметить, что наименьшая величина стандартного отклонения 2,35 см соответствует агрегату К-701+КТС-10-2, который при средней глубине обработки 7,9 см имеет вариацию 29,7 %. Наибольшее стандартное отклонение глубины обработки у агрегата К-700А+2 КПЭ-3,8 - 3,36 см при средней величине 3,77 см и вариации 89,1 %.Статистики глубины обработки почвы агрегатами Т-4А+Смарагд и Т-4А+КД-6,2 сопоставимы и составляют при глубинах обработки 5,38 и 6,56 см соответственно: стандартные отклонения 2,84 и 2,86 см, коэффициенты вариации глубины обработки 52,8 и 43,6 %.

Сравнивая работу посевных агрегатов Т-4А+ДТ-6 и Т-4А+СП-11+3СЗП-3,6А приходим к выводу, что средняя величина глубины заделки семян у первого агрегата на 11,6 мм меньше (38,0 мм и 49,6 мм соответственно), а стандартного отклонения глубины заделки семян на 3,0 мм (8,8 и 11,8 мм соответственно). Вследствие этого коэффициенты вариации составляют 21,8 и 23,8 % соответственно.

Количество всходов на единице площади при посеве СЗП-3,6А в среднем было выше на 27,8 шт/м2, что связано с большей средней нормой высева по заданным уровням. Величина стандартного отклонения количества всходов по рядкам посевов при этом была выше в среднем в 1,4 раза, а значения коэффициентов вариации различались не существенно: 24,4 % у ДТ-6 и 26,9 % у СЗП-3,6А.

Применяемые машины-орудия для предпосевной культивации не оказали значимого влияния на физический урожай пшеницы при ее посеве по сое и сахарной свекле. В тоже время по кукурузе применение КПЭ-3,8 привело к достоверному снижению урожая в среднем на 2,7 ц/га. При оценке урожайности пшеницы в среднем по трем предшественникам также выявлено уменьшение комбайнового урожая пшеницы при использовании КПЭ-3,8 в среднем на 1,1 ц/га, (по биологическому урожаю – на 2,6 ц/га).

Достоверная прибавка урожая в размере 2,9-3,9 ц/га получена при посеве сеялкой ДТ-6 (в сравнении с СЗП-3,6А) по кукурузе. По сое и сахарной свекле значимых различий в урожайности ненаблюдалось.

В сложившихся условиях вегетационного периода норма высева семян пшеницы не оказала значимого влияния на комбайновый урожай.

Анализ общих закономерностей формирования урожая пшеницы дает основания считать, что при низких значениях глубины заделки семян и количества всходов (нормы высева) посев сеялкой ДТ-6 дает существенное повышение урожая пшеницы (до 29 %), а при увеличении глубины заделки семян и количества всходов наблюдается снижение урожая до 4 %.

В пятой главе «Технико-экономическая оценка результатов исследований» приведена сравнительная оценка эффективности внедрения технологий возделывания пшеницы с использованием перспективных почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

При расчете технико-экономической оценке различных вариантов технологий возделывания пшеницы получили, что по сравнению с базовыми, внедрение агрегатов К-700А+КД-9,0 и Беларусь 820+ДТ-6,5 (при нагрузке 1000 га зерновых) обеспечит годовую экономию с учетом урожайности на 56810 руб., агрегатов К-701+КД-9,0, Беларусь 1222+ДТ-12,1 – 29900 руб. Применение агрегатов К-744 Р2+КД-10,3 и Беларусь 1523+ДТ-14,3 позволяет получить годовую экономию с учетом урожайности – 17940 рублей.

Общие выводы

1. Теоретические расчеты показали, что рациональное значение рабочей ширины захвата культиваторов для сплошной обработки почвы с тракторами К-700А, К-701 и К-744 Р2 будет составлять 9,0, 9,0, 10,3 м и сеялок для рядового посева при использовании с тракторами Беларусь 820, Беларусь 1222, Беларусь 1523 6,5, 12,1, 14,3 м соответсвенно. На основании этого эксплуатационный вес машины должен составлять 27,2, 27,2, 31,8, 24,8, 47,3, 55,9 кН соответственно.
2. Наилучшие средние эксплуатационные показатели при выполнении предпосевной обработки почвы из сравниваемых МТА реализует агрегат К-744Р2+КД-10,3: рабочая скорость движения 2,79 м/с, вес культиватора 31,8 кН, чистая производительность 29,0 м2/с, расход топлива на единицу обработанной площади 0,49 г/м2. При выполнении рядового посева зерновых культур - агрегат Беларусь 1523+ДТ-14,3: скорость движения 2,14 м/с, эксплуатационный вес сеялки 55,9 кН, чистая производительность 30,9 м2/с, расход топлива на единицу обработанной площади 0,21 г/м2.
3. Сравниваемые базовые культиваторы для предпосевной обработки почвы (КПЭ-3,8 и КТС-10-2) имеют высокие значения неравномерности хода по глубине (стандартные отклонения составляют 2,25 и 2,29 см) и гребнистости поверхности поля после прохода (средняя высота гребней 5,3 и 6,3 см).
4. Наилучшие агротехнические показатели предпосевной обработки почвы на базовых машинах получены при рабочих скоростях движения агрегатов 1,9-2,1м/с. Это диктует необходимость их совершенствования для эффективной работы с современными энергонасыщенными тракторами на более высоких скоростях движения.
5. При посеве сеялкой ДТ-6 величина коэффициента вариации количества всходов по рядкам посевов стабильна во всем диапазоне нормы высева (96,6-241,5 кг/га), а при посеве СЗП-3,6А снижается с увеличением нормы высева.
6. При низких средних значениях глубины заделки семян (40 мм) и нормы высева посев сеялкой ДТ-6 дает существенное повышение урожая пшеницы (до 29 %) в сравнении с СЗП-3,6А, а при увеличении глубины заделки семян и нормы высева наблюдается снижение урожая до 4 %.
7. Статистически значимых различий в урожайности пшеницы по предшествующей кукурузе и сахарной свекле ненаблюдалось. Посев же пшеницы по сое обеспечил среднюю прибавку урожая от 3,0 до 5,1 ц/га.
8. Достоверная прибавка урожая в размере 2,9-3,9 ц/га получена при посеве сеялкой ДТ-6 (в сравнении с СЗП-3,6А) по кукурузе. По сое и сахарной свекле различий в урожайности ненаблюдалось.
9. Применение агрегатов К-700А+КД-9,0 и Беларусь 820+ДТ-6,5 (при нагрузке 1000 га зерновых) обеспечит годовую экономию с учетом урожайности 56810 руб., агрегатов К-701+КД-9,0, Беларусь 1222+ДТ-12,1 – 29900 руб., агрегатов К-744 Р2+КД-10,3 и Беларусь 1523+ДТ-14,3 – 17940 рублей по сравнению с Т-4А+СП-11+3 СЗП-3,6А.

Рекомендации производству

1. ОАО «Павловск Агроснаб Холдинг» рекомендовать наладить производство дисковых культиваторов типа КД-6,2 рабочей шириной захвата 9,0 и 10,3 м для рациональной загрузки тракторов «Кировец» при выполнении предпосевной обработки почвы.
2. Рекомендовать предприятиям машиностроения края разработать и поставить на производство модернизированные конструкции сеялок типа ДТ-6 с рабочей шириной захвата 6,5, 12,1 и 14,3м для рационального использования с тракторами «Беларусь» при выполнении рядового посева зерновых культур.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Бочаров В.М. Обоснование рациональной технологии возделывания зерновых культур в условиях степной зоны Алтайского края [Текст] / В.М. Бочаров // Сборник материалов межрегион. науч.-практ. конф. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2002. – С.126-127.
2. Беляев В.И. Результаты сравнительных испытаний почвообрабатывающих посевных агрегатов в условиях ЗАО «Колыванское» Павловского района [Текст] / В.И. Беляев, В.М. Бочаров, С.А. Локтионов // Вестник АГАУ. – 2004. - №2(14). – С.139-143.
3. Бочаров В.М. Современные комбинированные агрегаты для почвозащитного земледелия: результаты использования в Алтайском крае [Текст] / В.М. Бочаров, Д.В. Беляев // Молодые ученые – сельскому хозяйству Алтая: сб. науч. тр. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. – С.50-52.
4. Бочаров В.М. Сравнительная агротехническая оценка почвообрабатывающих машин [Текст] / В.М. Бочаров, А.А. Зуборев // Молодые ученые – сельскому хозяйству Алтая: сб. науч. тр. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. – С.52-54.
5. Зуборев А.А. Влияние посевных агрегатов на агрофизические свойства почвы и структуру урожая пшеницы [Текст] / А.А. Зуборев, В.М. Бочаров, А.В. Панин // Вестник АГАУ. – 2006. - №1(21). – С.44-48.
6. Зуборев А.А. Эффективность использования новой посевной техники в степной зоне Алтайского края [Текст] / А.А. Зуборев, В.М. Бочаров, А.В. Панин // Современные тенденции развития аграрной науки в России: мат. IV междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, посвящ. 70-летию НГАУ. - Новосибирск, 2006. – С.308.
7. Беляев В.И. Моделирование работы почвообрабатывающих и посевных агрегатов [Текст] / В.И. Беляев, А.А. Зуборев, В.М. Бочаров // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. статей междунар. науч.-практ. конф.: в 3 кн. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006.- Кн. 2. – С.242-245.

ЛР №020648 от 16 декабря 1997г.

Подписано в печать 30.08.06 г. Формат 6084/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № __

Издательство АГАУ

656049, г.Барнаул, пр. Красноармейский, 98

62-84-26