ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Касимов, Николай Гайсович

Обоснование основных параметров и режимов

работы ротационного рабочего органа для ухода

за растениями картофеля

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2006

Касимов, Николай Гайсович

Обоснование основных параметров и режимов работы

ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля : [Электронный ресурс] : Дис. ... канд. техн.

наук

 : 05.20.01. ­ Ижевск: РГБ, 2006 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Сельское хозяйство ­­ Механизация и электрификация сельского хозяйства. Авиация в сельском хозяйстве ­­ Тракторы, сельскохозяйственные машины и орудия ­­ Почвообрабатывающие машины и орудия ­­ Типы культиваторов ­­ Ротационные Технологии и средства механизации сельского хозяйства Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/06/0246/060246047.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Касимов, Николай Гайсович Обоснование основных параметров и режимов работы ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля Ижевск  Российская государственная библиотека, 2006 (электронный текст) 61:06-5/

ФГОУ ВПО « АРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

На правах рукописи

Касимов Николай Гайсович

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНБ1Х НАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ

РАБОТЫ РОТАЦИОННОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ УХОДА

ЗА РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук,

СОДЕРЖАНИЕ

* 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.1 Характеристика условий для благонриятного роста и развития 1.1.2 Агротехнические требования к уходу за растениями картофеля.... 1.3.1 Технические средства для ухода за растениями картофеля 1.3.2 Существующие рабочие органы для ухода за растениями картофеля 1.4 Обоснование темы, рабочая гинотеза и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

УХОДА ЗА РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ РОТАЦИОННОРЕАКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

2.2 Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров 2.2.1 Общие закономерности воздействия ротационного барабана на ночву... 2.4 Обоснование условия перекатывания ротационного барабана без буксования в плоскости обода почвозацепов

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

3.2.1 Методика лабораторных исследований технологического 3.2.2 Методика проведения полевых исследований по уходу за растениями картофеля и определение качественных показателей работы 3.2.2.1 Влажность, плотность, твердость и гранулометрический состав 3.2.2.2 Исследование профиля гребня и определение качественных 3.2.3 Выбор критерия оптимизации и управляющих факторов 3.2.4 Краткая методика экспериментальных исследований по оптимизации параметров п режимов работы культиватора с ротационными 3.2.5 Измерительные устройства, приборы и оборудование для исследования технологического процесса ухода за растениями картофеля

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.2 Статистические характеристики исследований гранулометрического состава, влажности, плотности и твердости почвы 4.3 Результаты определения геометрических параметров гребня 4.4 Обработка результатов экспериментальных исследований 4.5 Оценка результатов исследований процесса ухода за растениями картофеля ротационными барабанами в сравнении с серийными боронками 4.6 Энергетическая оценка функционирования ротационного барабана

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

КУЛЬТИВАТОРА С РОТАЦИОННЫМИ БАРАБАНАМИ

ДЛЯ УХОДА ЗА РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей задачей сельскохозяйственного производства является повышение эффективности всех его отраслей, обеспечение страны продовольствием и сырьем для перерабатываюп1,ей промышленности. Добиться решения этих задач возможно только при наличии прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и эффективной почвообрабатывающей техники.

Приоритетное место здесь принадлежит разработке и внедрению новых машин [8, 73, 81, 84, 141], рабочие органы которых могут обеспечить качественное выполнение технологического процесса при снижении его энергоемкости за счет более эффективного способа воздействия на почву.

Большое место в растениеводческой отрасли занимают пропашные и технические культуры [132, 179]. Особенно значимая роль в решении продовольственной проблемы отводится производству картофеля, относяш,егося к числу важнейших сельскохозяйственных культур разностороннего применения и обладающего высокой питательной ценностью и продуктивностью [61, ИЗ, 124, 187]. Картофель, по сравнению с другими растениями, имеет некоторые преимущества в агроэкономическом отношении: это возможность выращивания в различных климатических зонах; получение более высокого выхода сухого вещества на единицу площади; биологическая ценность белка достигает 80 % и по количеству уступает только сое и гороху; является важным носителем витаминов Bi В2 С, ниацина, необходимых для человека минеральных веществ и микроэлементов.

Обладая значительными преимуществами, картофель как сельскохозяйственная культура не дает той урожайности, которая заложена в нем селекционерами. Из совокупности причин этого обстоятельства особенно выделяются медленное внедрение передовых приемов агротехники и технологии возделывания, а также отсутствие необходимого набора высокопроизводительных машин по его возделыванию.

Отличительная особенность технологии возделывания картофеля заключается в том, что при возделывании проводится ряд операций по уходу за растениями в течение вегетационного периода. Уход за растениями картофеля особенно важен в начальный (довсходовый) период вегетации, так как именно в это время происходит формирование будущего урожая. И от того, насколько качественно будет проведен уход за растениями картофеля, зависит в целом будущий урожай [187, 188]. Для картофеля уход за растениями сочетается с неоднократным окучиванием.

В сельскохозяйственных машинах, которые применяются для этого, широкое применение нашли различные рабочие органы [1, 2, 3, 4, 5, 8, 30, 53, 57, 89, 109, 111, 121, 139, 140]. Однако они недостаточно качественно и эффективно выполняют необходимые операции. Существующие орудия с пассивными рабочими органами не обеспечивают требуемого качества уничтожения сорняков и крошения почвы, в результате чего условия произрастания клубней резко ухудшаются. Другие, например, фрезерные рабочие органы принудительного вращения, приводят к излишнему распылению почвы, имеют сложный привод и высокую металлоемкость.

В этом отношении актуальной представляется разработка бесприводных ротационных рабочих органов, позволяющих обеспечить эффективное уничтожение сорняков, требуемое качество рыхления почвы, снижение энергетических затрат на проведение ухода за растениями картофеля, упрощение привода рабочих органов и снижение металлоемкости машины в целом.

Цель исследования - повышение эффективности технологического процесса ухода за растениями картофеля за счет разработки и обоснования параметров и режимов работы ротационного рабочего органа.

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия».

Объекты исследоваиия. В качестве объектов исследования были выбраны технологический процесс ухода за растениями картофеля и экспериментальные ротационные рабочие органы для его осуществления.

Методика исследования. Исследования предусматривали разработку теоретических предпосылок, определяющих характер движения почвенных частиц при взаимодействии со скребками-планками ротационного барабана, экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях, технико-экономическую оценку результатов исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением физического и математического моделирования.

Научная новизна работы состоит в том, что - теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены способ и устройство ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля (решение ФРШС о выдаче патента на изобретение «Способ ухода за посадками картофеля и устройство для его осуществления»);

- определены оптимальные параметры и режимы работы ротационного барабана, обеспечивающие повышение эффективности уничтожения сорняков при уходе за растениями картофеля.

- разработана математическая модель технологического процесса ухода за растениями картофеля по критерию оптимизации — полнота уничтожения сорняков;

Достоверность основных положений и выводов подтверждена математическими выкладками, корректным использованием аппарата теоретической механики, данными экспериментальных исследований, положительными результатами производственных испытаний культиватора с применением ротационных барабанов.

Практическая ценность н реализация результатов исследования. Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы позволяют на стадии разработки обосновать основные конструктивные параметры и режимы функционирования ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля, которые могут быть использованы проектно-конструкторскими и научноисследовательскими организациями.

Результаты исследования воплощены в экспериментальных образцах культиватора и внедрены в ОАО «Путь Ильича» Завьяловского района УР.

Апробация работы. Основные аспекты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции профессорскопреподавательского состава и аспирантов Ижевской ГСХА в 2002 - 2005 г.

г., на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанской ГСХА в 2004 г.

Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе одна - в центральном издании. Получено одно решение ФРШС по заявке №2003 104059/12(004282) о выдаче патента на изобретение «Способ ухода за посадками картофеля и устройство для его осуществления».

На защиту выносятся следующие осиовные иоложеиия:

- усовершенствованный способ рыхления почвы и уничтожения сорняков при использовании экспериментального рабочего органа;

- схема, конструкция и параметры рабочего органа;

- аналитические зависимости для оценки эффективности воздействия рабочего органа на почву и определения его основных конструктивных и технологических параметров;

результаты экспериментальных исследований и производственной проверки разработанных рабочих органов и их технико-экономическая эффективность.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений.

Работа содержит 141 страницу основного текста, 44 рисунка, 7 таблиц и приложений. Список литературы включает 198 наименований.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Агротехника возделывания картофеля Картофель - многолетнее травянистое растение. В культурном растениеводстве он используется как однолетнее. Один вегетационный период составляет прорастание и развитие растений, образование и рост новых клубней, которыми обычно происходит его размножение.

Многочисленные исследования показывают, что культурный вид картофеля является растением умеренного климата [21]. Картофель - растение прохладного лета. Почки развиваются при температуре 3...5°С, образование ростков - при температуре более 5°С. Но при этом растение развивается слабо и подвержено болезням. Образование корней происходит при температуре выше 7°С. По данным А.Г. Лорха [113], картофель при температуре 1О...12°С в умеренно влажной почве дает всходы на 25...27 день, при 14...16°С - на 18...22 день, при 18...25°С - на 12...13 день, при 27...28°С - на 16...17 день. Оптимальные условия для выраш;ивания большинства сортов наблюдаются при температуре 19...23°С. При очень высокой и очень низкой температурах темпы развития картофеля замедляются [73, 147, 148, 165].

1.1.1 Характеристика условий для благоприятного роста н В последнее время большое внимание уделяется изучению условий, необходимых для благоприятпого роста и развития корневой системы растений. У картофеля менее развитая корневая система по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами. По исследованиям Свердловского СХИ, объем почвы, занимаемой корнями картофеля, в 1,4 раза меньше, чем у ячменя, и в 2, раза меньше, чем у сахарной свеклы [12].

Создание условий для благоприятного роста и развития картофеля в период вегетации сводится в основном к поддержанию пахотного слоя почвы в рыхлом и чистом от сорняков состоянии [8, 18, 25, 29, 188].

Картофель, в отличие от большинства овощных культур, предъявляет повышенные требования к рыхлости почвы в течение вегетации. Мочковатая корневая система картофеля расположена преимущественно в пахотном горизонте.

По данным исследований ПИИКХ, 60 % корней у картофеля сорта Лорх располагаются в слое почвы до 20 см, 16... 18 % - в слое от 20 до 40 см, 17...20 % - от 40 до 60 см, 2...3 % - в более глубоких слоях [147].

Па развитие корневой системы большое влияние оказывают свойства почвы, ее механический состав, плотность, условия аэрации, влажность и обеспеченность питательными веществами. Чем меньше содержание гумуса, тем в большем слое почвы размещается корневая система [12].

Корни первого порядка формируются от подземной части стебля и затем разветвляются до третьего порядка. В жизни растения главное значение имеют корни второго и третьего порядков. При поздней посадке корневая система картофеля короче в длину [187].

Столоны состоят из клеток в 2 раза более крупных, чем клетки корней, и имеют рыхлое клеточное строение, как и образующиеся на них молодые клубни. Такая особенность строения столонов обуславливает их незначительную способность раздвигать при своем росте почвенные частицы, прочно связанные между собой.

Особенно это важно для суглинистых почв, имеющих высокую связность.

Поэтому в довсходовый, послевсходовый и последующие периоды роста растения требуется содержать почву в рыхлом состоянии, хорошо проницаемой для воздуха, воды и тепла, чтобы она не оказывала сильного механического сопротивления росту столонов и клубней [16, 71, 75].

Д.И. Прянишников [149] отмечал, что от почвы картофель требует, прежде всего, такой степени рыхлости, при которой она не представляла бы значительного механического сопротивления развитию клубней.

На очень плотных почвах наблюдается ветвление столонов и измельчение клубней [16]. В.Х. Кац и С В. Кузнецов отмечали [93], что уменьшение пористости почвы до 10 % ограничивает поступление воздуха к корням растений до критической степени, когда прекращается развитие корневой системы. Уплотнение почвы свыше оптимальных значений приводит к снижению урожая на 40...50 %. При этом ни повышенные дозы удобрений, ни улучшенные условия водоснабжения не могут снять отрицательного влияния плотности почвы на урожай картофеля. В опытах Белгородского НИИ КНО [55] однократный проход колес трактора на рядке с картофелем на 30 % снижал его урожайность.

Оптимальная плотность почвы, по опытным данным [14, 195, 198], составляет 1,0... 1,1 г/см^. Уплотнение почвы от 1,3 до 1,4 г/см^ снижает количество клубней с 16,3 до 5,5 штук, а их масса уменьшается на 42 %.

Нормальное развитие картофеля возможно при обеспечении соответствуюш;его водного режима. В период всходов картофельное растение менее чувствительно к недостатку влаги, чем в периоды бутонизации и цветения.

Продолжительный период переувлажненности приводит к так называемому удушению клубней и их загниванию от недостатка кислорода воздуха [113].

Корни картофеля в значительной степени нуждаются в кислороде. Суточная потребность корней растений - 1 мг О2 на 1 г воздушно-сухого вещества.

Максимальное количество потребления О2 приходится на период наиболее интенсивного прироста клубней. Чтобы иметь достаточное количество О2 в почве, необходимо сохранять ее в рыхлом состоянии с плотностью не более 1,0... 1, г/см^[114, 147, 187].

Хороший доступ воздуха и воды в почву способствует усилению биологических процессов распада органических веществ и образования минеральных солей в легко усвояемой растениями форме. Академик М.Е. Мацепуро [120] пишет, что "обработка почвы должна способствовать созданию и сохранению ее структуры, почва должна приводиться в рыхлое состояние, при котором лучше происходит развитие корневой системы растения".

Такой же вывод приводится в исследованиях других авторов [126, 133, 145]. Для нормального развития картофеля необходима рыхлая почва, способствующая беспрепятственному доступу кислорода воздуха, воды и тепла к прорастающим клубням. Только в этом случае рано наступает фаза клубнеобразования, обеспечивается быстрое развитие клубней, которые достигают полной зрелости к моменту уборки и дают высокий урожай [134, 186].

Анализируя научные исследования почв, Ю.Т. Новиков [14] отмечает, что для возделывания сельскохозяйственных культур наилучшей является мелкокомковатая структура почвы с величиной комков от 1 до 10 мм. Создание такой структуры является одной из основных целей работы различных почвообрабатывающих машин.

Особое влияние на развитие корневой системы картофеля оказывают сорные растения [102], так как сорняки потребляют значительную часть вносимых минеральных удобрений и поливной воды, затрудняют своевременное и высококачественное выполнение агротехнических приемов по уходу за посевами. Кроме того, сорные растения способствуют распространению вирусных и других заболеваний, уменьшают производительность сельскохозяйственных машин и орудий, ухудшают условия уборки, снижают урожай, ухудшают качество продукции и способствуют повышению себестоимости клубней картофеля.

По данным Г.А. Чесалина [182], коэффициент использования минеральных и органических удобрений на засоренных участках снижается на 30...35%, по сравнению с чистыми от сорняков посевами.

Вынос питательных веществ из почвы при 130... 150 сорняках на 1 м^ составляет от 400 до 740 кг/га в пересчете на техническое удобрение.

Сильная конкуренция наблюдается между культурными и сорными растениями за влагу. В течение вегетационного периода на 1 кг сорняков (в пересчете па сухое вещество) потребляется от 270 до 1000 л воды [19].

Еще более выражена конкуренция между растениями за свет. Например, 60...75 экземпляров на 1 м^ мари белой уменьшают сбор клубней на 80%, а 90... 100 и более практически полностью заглушают культурные растения.

Некоторые сорные растения обладают аллелопатическими свойствами, т.е. угнетающе действуют иа рост и развитие культурных растений. Например, выделения корней рапса (глюкозит горчичного масла) отрицательно влияют на культурные растения. Водные вытяжки из растений вьюнка полевого и бодяка полевого подавляют рост и развитие культурных растений [20, 68, 102].

Сорные растения потребляют огромное количество питательных веществ и истощают почву. В ходе естественного отбора сорняки выработали способность поглощать для создания единицы массы большее количество элементов питания, чем культурные растения. Такие широко распространенные сорные растения, как виды горцов, бодяк полевой, осот полевой, сныть обыкнове1П1ая, хвощ полевой и другие, извлекают из почвы в несколько раз больше азота, фосфора и калия по сравнению с культурными растениями [19, 20].

Конкуренция сорных растений особенно усиливается в начальный период роста, т.к. подавляющая часть их растет быстрее, по сравнению с культурными растениями. Преимущество в развитии сорняков неизбежно приводит к задержке роста культурных растений [169, 172, 183, 193, 194].

Изучению влияния условий возделывания на развитие и рост растений также посвящены работы В.Н. Овсюкова, В.Н. Кокшарова, В.К. Мосина, Л.К.

Нетрова и др. [14, 32, 52, 127, 130, 132, 145, 174, 190, 196]. Их исследования показали, что рост и развитие корневой системы картофеля зависит в основном от способа ухода.

Из работ Л.К. Петрова, В.П. Овсюкова [132, 145] известно, что развитие корневой системы, интенсивность фотосинтеза, скорость формирования подземной массы и прирост клубней наблюдается на гребневых посадках. Это объясняется лучшим достуном воздуха к корням картофеля с боков рыхлого гребня за счет большей поверхности контакта воздуха с почвой.

Таким образом, основной задачей по созданию условий для благоприятного роста и развития корневой системы картофеля является образование гребня с мелкокомковатой структурой почвы, чистой от сорняков.

1.1.2 Агротехнические требования к уходу за растениями картофеля Требования к качеству работы средств механизации для гребневания и ухода за посадками картофеля излагаются в многочисленной литературе и в специальных агротехнических требованиях к конкретному виду машин [26, 45, 49, 50, 147]. Так, машины для гребневания должны обеспечивать формирование гребня высотой 12...22 см и шириной по верху 10...20 см, отклонение от средней высоты не более 3 см. Расстояние между соседними гребнями не должно отличаться более чем на 2 см от номинального размера. Гребни должны быть прямолинейны, а почва - рыхлой, с мелкокомковатой структурой.

В настояш,ее время практикуется посадка картофеля в гребни с междурядьями 70 см. Для развития картофеля необходимо, чтобы гребень и дно борозды состояли из разрыхленной мелкокомковатой почвы, а профиль борозды и гребня обеспечивали устойчивое положение частичек почвы на стенках без скатывания и сползания при достаточной плош,ади для каждого куста картофеля [181].

Глубина рыхления в довсходовый период зависит от погодных условий, рыхлости и влажности почвы. Влажную, склонную к уплотнению почву первый раз обрабатывают культиватором на глубину 14... 17 см. Если влаги недостаточно, то рыхлят первый раз на глубину 8... 10 см, затем - на 6...8 см.

Некоторые авторы [163] отмечают высокую эффективность глубокого рыхления на глубину 22 см.

Основную часть ухода: уничтожение сорняков, рыхление междурядий и гребней, формирование гребней - следует проводить до появления всходов, после всходов проводят лишь профилактический уход, одно-два рыхления междурядий или окучивание [73, 187].

Таким образом, для создания нормальных условий развития растений к рабочим органам по уходу за ними предъявляются следующие агротехнические требования [53, 81, 73]:

1. Рабочие органы агрегата не должны увлекать клубни и новреждать всходы картофеля. Бороны должны равномерно обрабатывать почву на глубину 3...6 см, разрыхлять почвенную корку и уничтожать сорняки. Величина комков после прохода борон не должна превышать 2...2,5 см при нормальной влажности почвы.

2. Рабочие органы культиватора должны полностью подрезать сорняки, разрушать почвенную корку, рыхлить и окучивать посадки картофеля.

3. Рабочие органы культиватора не должны подрезать корневую систему, выдёргивать, заваливать и повреждать растения. Окучиваюш,ий корпус должен насыпать рыхлый и ровный слой почвы толщиной 5...8 см на весь гребень с приваливанием её к стеблям картофеля, с рыхлением боковых сторон гребня и дна борозды.

Технические требования к культиваторам [28, 53, 81, 151]:

1. Культиваторы-окучники при междурядной обработке картофеля по рабочему захвату должны соответствовать посадочному агрегату. При этом проходы культиватора должны соответствовать проходам картофелесажалки.

2. Культиватор-окучник должен обеспечивать устойчивую и равномерную глубину хода рабочих органов, отклонение от установленной глубины не должно превышать 2 см.

3. Ширина защитной зоны при послевсходовом уходе должна быть 10... см, скорость движения машины -1,67...2,5 м/с (6...9 км/ч).

4. Конструкция культиватора должна быть простой и удобной в эксплуатации.

1.2 Анализ способов по уходу за растениями картофеля Механический уход за посадками картофеля должен обеспечивать оптимальные условия для развития картофеля и его механической уборки. Он складывается из таких операции, как рыхление междурядий, уничтожение сорняков и окучивание. Несвоевременное и некачественное выполнение этих мероприятии создает неблагоприятный водно-воздушный режим, позеленение и заболевание клубней и замедляет развитие растений картофеля в целом [55, 187].

В.Н. Шахалов [14] на основе опытов предлагает первую междурядную обработку проводить с одновременным рыхлением половины защитной зоны рядка на глубину 16... 18 см, что увеличивает урожайность на 35 ц/га или на % (защитная зона 12... 15 см.). Известен также способ обработки по обозначенным рядкам с сокращением защитной зоны до 5...6 см.

В.Р. Гриневич и Ю.А. Кузнецов [52] отмечают, что два довсходовых и одно послевсходовое междурядных рыхления совместно с боронованием, по сравнению с трехкратным боронованием без обработки междурядий, являются более эффективным приемом агротехники. Урожай повышается на 30...35 ц/га.

Причем послевсходовое рыхление нужно проводить при высоте всходов не более 5...6 см, иначе происходит значительное обламывание молодых проростков.

М.М. Мухамедовым предложено [129] наряду с довсходовым и послевсходовым боронованием, культивацией и окучиванием проводить глубокое рыхление стрельчатыми лапами на глубину 17...20 см. При этом пористость почвы увеличивается по сравнению с контрольным вариантом на 5,19 %, а объемная масса уменьшается на 0,14 г/см^. Растения на 2...3 дня меньше дают всходы, раньше приступают к клубнеобразованию и накапливают значительно больший урожай с высоким товарным качеством клубней. При этом снижается испарение влаги в зоне залегания клубней на глубине 10...20 см.

Экспериментальными данными и производственной практикой установлена эффективность глубокой довсходовой обработки гряд картофеля с одновременным боронованием. В ВИМе разработано [134] орудие для глубокой обработки почвы непосредственно под высаженными клубнями. Паклоненные в поперечно-вертикальной плоскости рабочие органы с наральниками рыхлят плотные слои почвы непосредственно под рядками. Поскольку отсутствует лобовое резание, они не выносят глыбы и влажные слои почвы на поверхность.

Предел регулирования по глубине - 40 см.

Положительное влияние глубокого междурядного рыхления на урожайность, товарность и содержание крахмала отмечается и в других источниках [163]. Исследование посадок с междурядьями 70, 90, 110+70, 60+80 и см при густоте 60 тыс. клубней на гектар показало, что с увеличением ширины междурядий содержание крахмала также повышается.

Как отмечает профессор А.Г. Лорх [113], образование гряд при посадке и периодическое окучивание зависят от специфики ухода за картофелем для данной зоны. Окучивание необходимо, чтобы подготовить поле на случай значительных осадков в конце лета. Дожди вызывают оседание и заплывание почвы.

Клубни на недостаточно окученных посадках могут задохнуться и сгнить. Это происходит потому, что "на связных влажных почвах клубни образуются только в гребнях. Ниже подошвы гребней клубни страдают от недостатка воздуха, что видно по выпячиванию дыхательных органов чечевичек, образуюш;ихся на наиболее глубоко вдавленной в почву части клубня, белые подушечки".

Почва оседает под действием дождей и собственного веса. Если ее время от времени не рыхлить, то уплотнение может достичь того опасного предела, когда водно-воздушный режим и условия питания становятся неблагоприятными для развития картофеля.

Это определяет первую задачу ухода за картофелем - поддержание рыхлости почвы на оптимальном уровне. При окучивании углубляются борозды, и улучшается доступ воздуха с боков грядок. Образование грядок увеличивает испаряющую поверхность почвы, пока почва не закрыта смыкающейся ботвой.

Там, где приходится беречь почвенную влагу, например, на супесях, удерживается только 12...22 мм легкоусвояемой влаги, окучивание проводят только перед смыканием ботвы [113, 114].

Далее он отмечает, "что глубокое окучивание приходится применять перед самым смыканием ботвы даже в годы с не очень обильными осадками. В это время мы не боимся иссушения почвы, покрытой ботвой".

Вторая задача ухода за растениями картофеля - обеспечить рост дополнительной корневой системы и образование новых столонов, увеличивающих число клубней [16,22].

Своевременный уход эффективнее при соблюдении сроков его проведения, иначе стебель грубеет и боковых корней образуется значительно меньше.

Соблюдение сроков увеличивает продуктивность кустов по числу и массе клубней [22, 130].

Уничтожение сорняков - третья задача рыхления. Борьба с сорняками один из решающих факторов достижения высоких урожаев [19, 20, 68, 168, 172, 183]. Исходя из результатов лабораторно-полевых и хозяйственных опытов, проведенных ЬШПТРТМЭСХом НЗ, В.Н. Овсюков [132] отмечает, что за 6... дней на гребне всходит 320... 1120 сорняков на 1м^, из которых не менее 95% уничтожается при предпосевном бороновании. Всходы культурных растений оказываются чистыми от сорняков, обгоняют в своем развитии вновь появившиеся в значительно меньшем количестве (в 10...20 раз) сорняки и глушат их.

При последующих междурядных обработках с подокучиванием сорняки погибают при присыпании их землей.

Особенно важны для картофеля приемы раннего ухода - до появления всходов. Довсходовый период у картофеля продолжается в зависимости от погодных условий 15-20 дней. В этот период закладывается основа будущего урожая, и чем лучше условия, тем успешнее в дальнейшем будет проходить развитие растений [68, 102, 188].

Б.А. Писарев [146, 147, 148] указывает на то, что с сорняками начинают бороться прежде, чем их можно увидеть. Ранее рыхление почвы направлено не только на уменьшение испарепия влаги, но и на уничтожение молодых проростков сорняков, еще не появившихся на поверхности почвы, а находящихся в стадии «белых ниточек», в котором более уязвимы.

Засыпание всходов на 1...2 день, по сравнению с рыхлением междурядий и поздним окучиванием, улучшает физические свойства почвы, ее воздушного и пищевого режима, заметно снижает плотность почвы и капиллярную скважность. Погибают отросшие к этому времени сорняки [103]. Установлено, что путем присыпки почвой можно ликвидировать оставшиеся в защитной зоне сорняки. Это позволяет сократить количество ручных прополок и заменить их механическими обработками с одновременным окучиванием культурных растений.

При внедрении индустриальных и интенсивных технологий совершенствование методов борьбы с сорняками в посадках картофеля является решающим технологическим звеном. Картофель имеет продолжительный довсходовый период, позволяющий вести активную борьбу с сорняками механическими обработками. О положительной роли довсходовых междурядных обработках свидетельствуют многие литературные источники [18, 24, 29, 52, 60, 94, 122, 132, 152, 153, 178, 190]. На гребневых посадках довсходовые междурядные обработки одновременно с боронованием являются более эффективными агротехническими приемами, чем боронование без обработки междурядий [94, 132].

По данным Н.П. Гудзенко и Н.В. Фирсова [53], боронование через 5... дней после посадки уничтожает 80 % сорняков, через 12 дней - 20...30 %.

В онтогенезе картофеля происходят некоторые изменения периодичности роста и развития растений. Рост стеблей и листьев в высоту достигает своей максимальной величины в период, предшествующий фазе бутонизации и в ее начале. В фазе цветения растений прирост стеблей картофеля приостанавливается, однако полного прекращения их роста в конце фазы цветения не наблюдается [187].

Некоторое влияние на наступление очередных фаз развития растения оказывают способы предпосадочной обработки почвы. На участках, где почва была качественно подготовлена, всходы появились на три дня раньше. Окучивание посадок перед всходами хотя и задерживает их появление на 1...2 дня, но не сказывается на скорости наступления последующих фаз развития растений [174].

Применение осенней глубокой обработки под картофель на супесчаных почвах не эффективно. Для улучшения воздушного режима и создания рыхлого сложения супесчаных и суглинистых почв следует применять глубокое рыхление весной на глубину 30...32 см плоскорезами или плугами без отвалов. Урожайность при этом существенно возрастает [187].

Наличие гребней в весенний период благоприятно влияет на прогревание почвы. Замеры показали, что в дневные часы почва в гребнях прогревалась до 13°С, а при гладкой посадке - до 8°С. В результате улучшения теплового режима и хорошего доступа кислорода прорастание клубней при посадке в гребни на глубину 6..8 см шло быстрее, всходы появились на 2...3 дня раньше, чем при обычной гладкой посадке на глубину 12...14 см [18, 76, 127, 150]. Во время междурядных культивации и окучиваний после появления всходов происходит периодическое повреждение растений. Особенно сильное повреждение растений - при окучивании картофеля перед смыканием ботвы. Колеса трактора и рабочие органы культиваторов травмируют от 54,6 до 62,1 % растений, главным образом за счет смятия ботвы, обрыва боковых стеблей и листьев, ущемления корневой системы. Все это приводит к задержке наступления фазы бутонизации и цветения, т.к. в этом случае у поврежденных растений происходит усиленный рост боковых побегов и ветвление главных стеблей. На изменение количества стеблей различные способы предпосадочной обработки и ухода влияния не оказали [18].

Началу клубнеобразования предшествует появление столонов. Одна из особенностей этого процесса заключается в формировании значительного количества клубневых зачатков, из которых потом развиваются нормально сформировавшиеся клубни. В вариантах с общепринятым уходом за посадками только 50...55 % столонов образуют клубни. Если послевсходовая обработка не применяется, то до 60 % столонов образуют клубни. Многократная междурядная обработка способствует повреждению корневой системы и столонов и снижению клубнеобразования [187].

Во многих странах мира сокращают число механических обработок и применяют гербициды [25, 194]. Сокращение числа механических обработок и применение гербицидов до появления всходов снижает засоренность на 73,3...90,4 %, уменьшает поражение вирусами в 1,5...2 раза. Все это способствует увеличению урожайности на 11,6... 18,7 % [190].

Профессор Шпаар Д. [187], на основе опыта Германии, отмечает, что успех механической борьбы с сорняками - посадка картофеля на оптимальную глубину при хорошей форме гребней, так как в других случаях корни и столоны можно легко повредить. После появления всходов опасность повреждения листьев, стеблей, столонов и корней выше, поэтому механические обработки желательно не проводить.

В США также широко применяются химические методы. Но в последние годы в связи с загрязнением окружаюш;ей среды исследуют другие средства борьбы с сорняками. Применяют междурядья 85 см. Наиболее удобны 90... см, расстояние в рядке 15...20 см. При этом меньше повреждение растений, передача инфекций, более высокие гребни, увеличивается скорость и производительность агрегатов, снижается уплотнение почвы в рядке и повреждение корневой системы [33, 99, 147, 163].

При полностью механизированном нроизводстве картофеля, и, в особенности, при комбайновой его уборке, подготовка почвы имеет особенно важное значение, поскольку только создание оптимальных условий для работы картофелесажалок и орудий по уходу за растениями обеспечивает хорошую и высокопроизводительную работу картофелеуборочных комбайнов [131]. Следствие уплотнения почвы - повышенное комкообразование на картофельных полях, которое снижает эффективность механизированной уборки клубней и требует специального сепараторного оборудования [93, 156].

Па основании вышеизложенного анализа литературных источников можно сделать следующие выводы:

Для картофеля требуется, прежде всего, рыхлая почва, чистая от сорняков, которая не оказывает сильного механического сопротивления росту столонов и клубней, легко проницаема для воздуха и содержит достаточное, но не избыточное количество влаги. Для получения из года в год прогрессивно возрастаюш,их урожаев картофеля необходимо, чтобы условия внешней среды полностью соответствовали биологическим требованиям картофельного растения. В правильно организованном севообороте, при применении мобильной агротехники, можно обеспечить все необходимые условия для получения высоких урожаев картофеля.

Эти условия заключаются в следующем:

- борьба с сорняками;

- создание необходимого водно-воздушного режима и минерального питания;

- обеспечение уборки путем формирования просеиваемых, не содержащих комьев гребней.

Таким образом, в практике картофелеводства изыскание приемов и рабочих органов, направленных на уничтожение сорняков и создание гребней с мелкокомковатой структурой почвы, является важнейшей задачей возделывания картофеля.

1.4 Обзор и анализ существующих технических средств для ухода за 1.4.1 Технические средства для ухода за растениями картофеля В первые годы коллективизации в СССР было освоено промышленное производство конных окучников ОР и ОРВ и культиваторов для возделывания картофеля КО-4 и КОК-С [26, 57, 121]. Конные и нервые тракторные окучники имели рабочую поверхность отвального типа.

В 50-е годы начинают производить 4-х рядный культиватор-окучник КОН-2,8. Эти машины с некоторыми изменениями и дополнениями выпускают и сейчас под марками КОН-2,8ПМ, КОН-2,8А, КРН-4,2Г. Как отмечают З.А.

Дмитриева и В.А. Мельников [55, 122], несмотря на существенное улучшение конструкции в 60-е годы, рабочие органы культиватора-окучника КОН-2, имеют несколько недостатков: уплотнение стенок гребня, низкую надежность на каменистых почвах, плохое заглубление на плотных почвах.

В начале 80-х годов был разработан культиватор-окучник КРН-5,6Д. На нем применяются такие же рабочие органы для окучивания, как и на культиваторах КОН-2,8 и КРН-4,2 [29].

В настоящее время известен культиватор-окучник навесной КОН-2,8М, который предназначен для выполнения операций по нарезке гребней и междурядной обработке при возделывании пропашных культур. Он оборудован ротационными боронками БРУ-0,7. Разработчиком и изготовителем культиватора является Северо-Западный Научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства [132].

В 2001 году по заказу НИИКХ в ОАО "ВИСХОМ" разработан универсальный культиватор-гребнеобразователь КГУ-2,8/3,6, который оборудован такими же рабочими органами, что и КОН-2,8М [164].

Для возделывания картофеля на тяжелых суглинистых почвах выпускаются фрезерные культиваторы типа КФК-2,8 и КФК-2,8А [29].

Большое развитие средства механизации ухода за посадками картофеля получили и за рубежом. Отмечается большое разнообразие конструкций рабочих органов для ухода за картофелем в ФРГ [191, 197]. Фирмой Gruse изготавливается четыре вида рабочих органов отвального типа на параллелограмной подвеске, с пружинной стойкой, дискового типа и специальный прочесыватель рядков. Только в ФРГ разработкой и производством рабочих органов данного назначения занимается почти 10 фирм. В ГДР широкое распространение получил 6-ти рядный культиватор Р-434 с окучивающими корпусами с плоскими отвалами [191]. Однако и здесь имеется много других конструкций. В США и Англии широко применяются в системе ухода за посадками картофеля фрезерные орудия [33, 80, 184].

В Финляндии производится двухрядный культиватор-окучник фирмы Juko, имеющий ротационные рыхлители с приводом от карданного вала трактора и подпружиненные на S-образных стойках окучивающие корпуса [184].

Большое разнообразие конструкций культиваторов-окучников в мире и даже в отдельных странах обеспечивает наиболее удачный их выбор в конкретных почвенно-югиматических условиях. Анализ литературных источников [80] не выявил существенного различия в конструкциях рабочих органов культиваторов для междурядной обработки. Следует отметить, что около 60...70 % площадей пропашных культур в США обрабатывают ротационными рабочими органами.

^ Из анализа обширного количества литературных источников [1, 2, 3, 4, 5, 8, 30, 53, 57, 109, 111, 121, 139, 140] следует, что современные рабочие органы и различные приспособления, выпускаемые промышленностью и находящиеся в стадии разработки и исследования, можно разделить на три основные группы:

рабочие органы пассивного действия, ротационно-реактивные и ротационноактивные.

В различных зонах нашей страны поверхностная обработка почвы в междурядьях осуществляется, в основном, машинами, оснащенными пассивными *^ рабочими органами (рис. 1.1): стрельчатыми и рыхлящими лапами, окучивающими корпусами, зубовыми прополочными боронками, загортачами или отвальчиками. При обработке междурядий пропашных культур широкое распространение получили рабочие органы, выполненные в виде лап [2, 8, 56, 82].

Рассматриваемые рабочие органы приобретают необходимую для разрушения почвенного пласта энергию за счет сообщения им поступательной скорости движения. Поэтому интенсивность их воздействия на почву зависит от скорости движения. Г.И. Покровский [120] связывает скорость обработки V и степень крошения Кр следующим образом:

Степень крошения почвы увеличивается с ростом скорости движения рабочих органов. Но при скоростях, больших 2,5 м/с, затраты мош,ности резко возрастают, превосходя прирост крошения.

а) стрельчатая лапа, б) двухъярусная лапа, в) прополочная борона, г) универсальный зубовый рыхлитель УРЗ д) лапа-отвальчик, е) корпус окучника со сплошным отвалом, ж) корпус окучника культиватора КОН-2,8 с решетчатым отвалом Рисунок 1.1 — Пассивные рабочие оргаиы иропашиых культиваторов Такие рабочие органы залипают во влажной почве и образуют крупные глыбы в пересохшей. Суш,ественным недостатком является большое тяговое сопротивление. Активная лапа, созданная О.В. Верняевым [31], совершает колебания в горизонтальной плоскости и имеет сопротивление на 25...30 % ниже, но требует дополнительный привод.

Универсальные стрельчатые лапы (рис. 1.1,а) используются в комплекте лапами бритвами (рис. 1.2,6) для рыхления почвы на глубины до 12 см и уничтожения сорняков. Стрельчатые лапы выпускаются с шириной захвата 220, 270, 330мм [8].

Стрельчатые лапы и лапы-бритвы имеют довольпо высокое качество подрезания сорняков в зоне обработки - 85...90 %. При этом величина защитной зоны составляет 80... 100 мм, полнота обработки междурядий - не более 65...70%[111].

Существенным недостатком стрельчатых лап и бритв является то, что они обладают низкой крощащей и окучивающей способностью. По содержанию фракций размером 1...10 мм крощащая способность 35...40 %. Таким образом, все типы лап не обеспечивают достаточной степени крощения и не обладают гребнеобразующими свойствами, кроме лап-отвальчиков, и используются только для поверхностного рыхления и уничтожения сорняков.

Промышленность страны много лет выпускает как дополнительные приспособления к пропашным культиваторам прополочные боронки КРН-38 (КЛТрис. 1.1 в), предназначенные для обработки защитных зон и междурядий.

Они устанавливаются на культиваторе после плоскорежущих рабочих органов.

Расстояние между зубьями составляет 160 мм, а между следами - 40...50 мм.

Наибольшая глубина обработки - 6 см.

Исследования, проведённые С Ю. Данилевичем и В.И. Кифоренко, показали, что прополочные боронки достаточно эффективно уничтожают сорняки. Оптимальная скорость работы с прополочными боронками составляет 2 м/с [8, 54].

Всесоюзным научно-исследовательским институтом механизации сельского хозяйства (ВИМ) созданы и проверены в производственных условиях универсальные зубовые рыхлители (УРЗ) (рис. 1.1 г). Они предназначены для междурядной обработки гребнистых посадок картофеля и гладких посевов кукурузы, кормовых бобов, овощей и других пропашных культур. Зубовые рыхлители пригодны также для сплошного боронования до всходов и по всходам различных сельскохозяйственных культур. УРЗ представляет собой раздвижную боронку треугольной формы, присоединяемую к культиватору. Впереди рыхлителя устанавливают долотообразную лапу, а в боковинах закрепляют ступенчато десять зубьев, которые устанавливаются соответственно профилю обрабатываемого поля. Ширина захвата рабочего органа регулируется в нределах 300...690 мм.

Из исследований, нроведённых К.П. Афендуловым и Ю.С. Измайловым, следует, что УРЗ по качеству работы не уступает рабочим органам, рассмотренным выше [8].

Определённый интерес представляет рыхлитель для междурядной обработки, выпускаемый в Германии. Он состоит из отдельных секций, оснащенных гибкими пальцами, производящими рыхление почвы и вычёсывание сорняков [157]. В качестве рабочего органа для междурядной обработки картофеля в Голландии применяются зубовые рыхлители, изготовленные из тонкой проволоки, которые шарнирно крепятся к культиватору. В междурядьях устанавливаются жесткие прямые зубья круглого сечения.

Общими недостатками всех пассивных рабочих органов и приспособлеН И являются: неполное рыхление и уничтожение сорняков в защитной зоне, повреждение культурных растений, значительное иссушение поверхности почвы; металлоёмкость и энергоёмкость большинства из них очень высоки, поэтому каждое из известных приспособлений имеет ограниченную область применения.

Ротациоино-активлые рабочие органы. Отмеченные выше недостатки можно устранить, применяя орудия с ротационно-активными рабочими органами. Академик В.П. Горячкин [40] в свое время указывал на большие перспективы машин с принудительным вращением рабочих органов, способных обеспечить обработку почв различного механического состава в разных климатических зонах соответствии с агротехническими требованиями.

Для обработки междурядий пропашных культур применяются фрезерные культиваторы различных конструкций, которые по качеству разделки почвы и уничтожению сорняков в значительной степени превосходят культиваторы с пассивными рабочими органами.

В Российской Федерации [29, 37, 86, 119, 154, 180, 192] и многих других странах применяются фрезерные орудия. Большое распространение они полуЧИЛИ в Англии, Применяются шнековые двухзаходные окучники шириной захвата 450,,,470 мм, диаметром 530 мм, частотой вращения ротора 100 мин''.

Подрезание сорняков фрезами составляет 95„,98 %, степень крошения - 58,„65 %, Фрезерная обработка почвы улучшает её биологическую активность, рыхлость и степень крошения. Имеет место значительное повышение урожайности картофеля при весеннем фрезеровании на глубину 15,„20 см [96], Однако эти машины имеют существенные недостатки: производят излишнее распыление почвы, сложны по конструкции, производительность их низка, обладают высокой энергоёмкостью и металлоёмкостью; у них часты поломки и быстро изнашиваются рабочие элементы; рабочие органы таких агрегатов нуждаются в приводе от В ОМ трактора, Ротационно-реактивные рабочие органы. Исследования многих авторов посвящены вопросам разработки бесприводных ротационных рабочих органов (рис, 1,2) [3,4, 8], Наиболее известны конструкции прополочных роторов [8, 57], Оригинальными по своей конструкции являются выпускаемые промышленностью ротационные игольчатые диски КЛТ-28 (рис, 1,2 б), которые представляют собой диски диаметром 400 мм. Каждый диск имеет зубья толщиной по 10мм, Два диска с помощью вертикальной стойки-рамки крепятся в подвижном звене держателя и устанавливаются на конце каждой секции культиватора.

При движении агрегата диски катятся по защитной зоне и зубьями разрушают почвенную корку, одновременно выдёргивают корешки неукрепившихся сорняков.

Результаты испытаний, проведённых в Краснодарском НИИСХ П,А, Щербиной, показали, что указанные рабочие органы достаточно хорошо уничтожают сорную растительность в защитных зонах при незначительном повреждении культурных растений.

Оригинальностью своей конструкции отличается разработанный В,И, Тараниным ротационный рабочий орган, выполненный в виде зубовых гребёнок для обработки защитных зон (рис, 1,2 в) [8], При поступательном движении агрегата роторный конус вращается под действием крутящего момента, возникающего от силы сцепления движительных пальцев с почвой, а рабочие пальцы, вращаясь вокруг своей оси, срезают сорные растения.

а) дисковый окучник, б) игольчатые диски, в) ротационный рыхлитель по А.С. № 1037851, г) прополочный ротор по А.С. № 211180, д) ротационный рыхлитель, е) подпружиненная борона.

Рисунок 1.2 — Ротационно-реактивные рабочие органы пропашных Заслуживает внимания ротационный рабочий орган культиваторарыхлителя по А.С. J b 211180 (рис. 1.2 г). Он состоит из крыльчатки, выполненV ной в виде многопальцевой звёздочки с пальцами круглого сечения, имеющими на концах лопатки, а ниже опорных поверхностей пальцев натянута проволока.

Для натяжения проволоки на оси звёздочки установлен винтовой регулятор.

Такая конструкция рабочего органа позволяет уменьшить засыпание культурных растений почвой и снизить их повреждение.

Анализируя конструкции и работу ротационных рыхлителей, можно сделать вывод, что они обеспечивают хорошо выровненный слой и с ростом скорости движения качество рыхления улучшается, стенень уничтожения сорняков находится в пределах 34....78 %, несколько снижается повреждение культурных растений [8].

Вместе с тем нужно отметить их существенные недостатки: снижение степени повреждения культурных растений этими орудиями достигается увеличением ширины заш,итной зоны; неравномерная глубина обработки почвы сохраняется по всей ширине междурядья.

С развитием технологии выращивания картофеля появилась необходимость в проведении ряда операций по уходу за растениями картофеля на гребнях.

Возделывание картофеля на гребнях имеет ряд преимуществ [132, 186]:

увеличение толщины пахотного горизонта за счет почвы, вынесенной из борозд; способствует поддержанию оптимального водно-воздушного режима, необходимого для благоприятного роста и развития растений картофеля; создаются благоприятные условия для ухода за посадками, т.к. борозды между гребнями служат направляющими для колес трактора и агрегатируемой машины, что позволяет более прямолинейно проводить междурядную обработку; снижается буксование колес трактора и машины; создаются условия для механизированной уборки картофеля.

Таким образом, появилась потребность в рабочих органах, которые обеспечивали бы качественное выполнение операций по уходу за растениями картофеля на гребнях.

В 50-е годы промышленностью нашей страны выпускались зубовые ротационные бороны в виде цилиндрических барабанов, к наружным поверхностям которых прикреплены радиальные зубья. [8, 57] Однако такие ротационные бороны не могли быть применены для одновременного рыхления почвы и освобождения ее от сорняков на вершинах и склонах почвенных гребней.

В 1961г. И.Л. Кравченко впервые была предложена ротационная борона (А.С. №138771) (рис 1.4) [3], позволяющая решить эту задачу.

Ротационная боронка представляет собой металлический каркасный барабан, состоящий из нескольких кольцевых ободьев разных диаметров и прикрепленных к ним полос, вогнутых в средней части во внутрь. К наружным поверхностям полос барабана по радиальным направлениям прикреплены зубья.

Рисунок 1.4 — Боронки ротационные по А.С. № При движении культиватора на зубья боронок, соприкасающиеся с почвой, действуют силы реакции, которые приводят боронки во вращение. При этом зубья боронок совершают сложное движение и хорошо рыхлят почву, разрушают земляные комки и выдергивают сорняки с выносом их на поверхность.

Каждая боронка одновременно обрабатывает вершины и склоны почвенных гребней посадок картофеля.

Для улучшения качества обработки гребней всероссийским ШШ картофельного хозяйства разработан новый тип ротационных борон [98, 152, 153], которые при обработке посадок картофеля навешиваются на пропашные культиваторы типа КОП или КРП следующим образом: на грядиль культиватора устанавливают ротационный рыхлитель (рис. 1.2 д), предназначенный для рыхления междурядья и боковой части гребня. Па стойку ротационного рыхлителя устанавливают подпружиненную ротационную борону (рис. 1.2 е), которая своей поверхностью разрыхляет верхнюю часть гребня. Эту борону крепят к стойке кронштейном и гибкими элементами в виде пружин сжатия, при помощи которых можно регулировать силу давления боронки на гребень.

Пз исследований П.Л. Кравченко, В.П. Овсюкова, М.Г. Догановского, А.А. Михневича и др. следует, что ротационные боронки создают наилучшие условия для роста и развития растений картофеля [3, 4, 132].

В настоящее время при уходе за гребневыми носадками картофеля широкое распространение получили ротационные боронки БРУ-0,7 (рис 1.5) [132].

Разработчиком и изготовителем является Северо-Западный Научноисследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. Каждый ротор бороны состоит из конической и сменной цилиндрической части с установленными на них 72 круглыми зубьями длинной от 46 до 60 мм.

Но все же такой рабочий орган имеет ряд недостатков. В своих исследованиях А.В. Артемчук отмечает, что при засоренности посевов в защитных зонах, в пределах до 10...20 растений на 1м^, ротационные боронки уничтожают их только до 35%. Кроме того, конструкция боронок не отличается надежностью. В процессе эксплуатации не выдерживается постоянный диаметр ротора (зубья подгибаются), скручивается стержнедержатель, а крайние зубья ротора, находящиеся в середине междурядья, не производят никакой работы [8].

В заключение следует отметить, что опыты многих исследователей подтверждают наибольшую перспективность применения ротационных рабочих органов. Однако из-за несовершенства конструкции таких органов повреждение культурных растений все еще велико. Поэтому приходится увеличивать ширину защитной зоны, что приводит к возрастанию необработанной площади около растений. Все это создаёт неблагоприятные условия для роста и развития культурных растений, приводит к уменьшению урожайности возделываемых культур [185].

Как следует из изложенного, рабочие органы для ухода за растениями картофеля характеризуются большим разнообразием конструкций рабочих органов, значительно отличающихся как по принципу действия, так и по устройству. Для более обоснованного выбора перспективных органов необходима их систематизация по основным критериям выполнения технологического процесса и конструктивно-кинематическим особенностям.

Применяемые в настоящее время устройства для обработки почвы механическим воздействием можно классифицировать, как показано на рисунке 1.3.

стрельчатые односторотационные Рисунок 1.3 — Классификация рабочих органов ио виду совершаемого движения и способу преобразования подводимой энергии 1 - пассивные - окучивающие корпуса, стрельчатые и рыхлительные лапы, зубовые бороны;

2 - ротационно-реактивные - дисковые окучники, ротационные боронки, игольчатые диски и т.д.;

3 - ротационно-активные - фрезерные и роторные культиваторы.

Приведенная классификация основывается на видах постунательного и вращательного движения, а также на снособах подводимой энергии к рабочим органам и преобразования их в разрушающие напряжения в виде воздействия на почву.

Из классификации рабочих органов по уходу за растениями картофеля видно, что необходимым, перспективным направлением развития являются ротационно-реактивные рабочие органы.

1.5 Обоснование темы, рабочая гннотеза н задачн исследовання На основании проведенного анализа агротехнических и технологических основ междурядной обработки картофеля, обзора конструкций рабочих органов отечественных и зарубежных машин для ухода за растениями картофеля следует, что сорные растения оказывают глубокое отрицательное воздействие в целом на растения картофеля, причем засоренность в начальный период вегетации растений картофеля наиболее негативно влияет на формирование будущего урожая. Это обстоятельство требует разработки такой технологии возделывания картофеля, при которой бы создавались возможно лучшие условия для формирования корневой системы в довсходовый период, а уничтожение сорняков при уходе за растениями картофеля в этот период было бы максимальным.

Следовательно, имеется необходимость в разработке таких рабочих органов, которые более эффективно уничтожают сорную растительность, способны обеспечить качественное рыхление почвы, а также имеют меньшие затраты энергии на процесс обработки почвы.

Исходя из анализа результатов исследований, могут быть сделаны следующие выводы:

1. Большое разнообразие существующих рабочих органов для междурядной обработки говорит о том, что оптимальной конструкции их не найдено.

2. Существующие пассивные рабочие органы для междурядной обработки производят неполное рыхление и уничтожение сорняков в защитной зоне, а также при их использовании происходит большое повреждение культурных растений, что ведет к снижению урожая [74, 118]. Ротационноактивные рабочие органы более интенсивно обрабатывают почву, но обладают в 1,5...2 раза большей энергоемкостью и излишне распыляют почву [8].

Кроме того, они имеют сложную конструкцию привода и высокую металлоемкость.

3. Основным направлением совершенствования технологии и средств механизации для междурядной обработки картофеля является создание ротационно-реактивных рабочих органов.

4. Анализ факторов, влияющих на процесс роста и развития растений картофеля, показал, что качество междурядной обработки определяется конструкцией рабочего органа, его технологическими регулировками и режимами работы.

Учитывая выше изложенные предпосылки для создапия повых рабочих органов и необходимость изыскания их рациональных параметров, была определена цель настоящей работы - повышение эффективности технологического процесса ухода за растениями картофеля за счет разработки и обоснования параметров и режимов работы ротационного рабочего органа.

Для достижения поставленной цели из анализа технологического процесса междурядной обработки пропашных культур и применяемых для этого рабочих органов предлагается следующая рабочая гипотеза:

X, Повышение эффективности технологического процесса ухода за растениями картофеля, а именно эффективности уничтожения сорняков и рыхления почвенной корки, можно решить путем применения рабочего органа, коф торый копирует профиль гребня и перекатывается по его основанию за счет сил реакции почвы при поступательном движении агрегата. В этом случае точки, лежащие на окружности перекатывания будут описывать траекторию нормальной циклоиды, а остальные, находящиеся на меньшем радиусе перекатывания, - траекторию укороченной циклоиды.

В связи с этим, исходя из анализа известных конструкций рабочих органов и результатов их исследований, перед настоящей работой были поставлены следующие основные задачи:

1 - изыскать конструктивную схему нового рабочего органа для междурядной обработки картофеля и выявить его рациональные параметры;

2 - изготовить экспериментальный рабочий орган, провести агротехническую и энергетическую оценку его работы;

ф 3 - исследовать и обосновать агротехнические показатели работы культиватора, рассмотреть влияние новых рабочих органов на повышение уровня технологической эффективности процесса;

4 - оптимизировать конструктивные и технологические параметры ротационного рабочего органа, обеспечивающего улучшепие качества процесса ухода за растениями картофеля;

5 - проверить работу культиватора с экспериментальными рабочими органами в полевых условиях, установить энергетические и техникоэкономические показатели от его применения.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАИИЯ ПРОЦЕССА УХОДА ЗА

РАТЕИИЯМИ КАРТОФЕЛЯ РОТАЦИОННО-РЕАКТИВНЫМИ

РАБОЧИМИ ОРГАИАМИ

2.1 Схема ротационного рабочего органа и обоснование его основных Основоположник земледельческой механики академик В.П. Горячкин считал, что наиболее существенное влияние на характер рабочего процесса при обработке почвы оказывают форма и геометрические размеры рабочего органа, кинематические особенности его воздействия на обрабатываемую среду, форма и параметры рыхлящих элементов [8], Форма рабочего органа для ухода за гребневыми посадками картофеля определяется видом требуемого профиля Создание ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля основывается на общих требованиях, предъявляемых к конструкциям рабочих органов культиваторов, подробно изложенных в трудах П.М. Василенко ^ и П.Т. Бабия [26].

^ Качественное выполнение основных требований, предъявляемых к работе ротационного рабочего органа, зависит от рациональности выбранных параметров и режимов его работы.

Таким образом, исходя из обзора научных трудов [8, 26, 59, 65, 180], рабочий орган для ухода за растениями картофеля должен соответствовать следующим основным требованиям:

- копировать профиль гребня;

- обеспечивать устойчивый технологический процесс;

- обладать простои и надежной конструкцией.

Рабочие органы пассивного действия имеют траекторию движения, близка кую к прямолинейной, при этом ограничена их поступательная скорость и область воздействия из-за снижения эффективности вынолняемого технологического процесса.

В отличие от пассивных, ротационные рабочие органы способны двигаться по сложной пространственной траектории движения, что позволяет повысить скорость движения агрегата, область воздействия и эффективность выполняемого технологического процесса.

Ротационно-активные рабочие органы нуждаются в дополнительном приводе от ВОМ трактора, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость.

В свою очередь, ротационно-реактивные рабочие органы выгодно отличаются от рассмотренных выше пассивных и ротационно-активных рабочих органов, так как они не зависят от ВОМ трактора, что относительно упрощает их конструкцию и снижает стоимость изготовления. А способность двигаться по сложной пространственной траектории движения делает ротационнореактивные рабочие органы конкурентоспособными по качеству и производительности выполняемого технологического процесса.

Изучив технические средства, предназначенные для междурядной обработки, с учетом их преимуществ и недостатков, был выбран тип рабочего органа - ротационно-реактивный.

В работах И. Л. Кравченко, В.Н. Овсюкова, М.Г. Догановского, А.А.

Михневича, В.И. Старовойтова, И.П. Шостаковского, К.А Пшеченкова и В.И.

Черникова [3, 4, 139] отмечается, что рабочий орган, копирующий профиль гребня, перекатывающийся за счет сил реакции почвы, может эффективно уничтожать сорняки и хорошо рыхлить почвенную корку.

Такие функциональные возможности может иметь барабан, копирующий профиль гребня и перекатывающийся по окружности обода почвозацепов. В этом случае точки окружности обода почвозацепов будут описывать траекторию обыкновенной циклоиды, а остальные, находящиеся на меньшем радиусе барабана, - траекторию укороченной циклоиды [88].

Благодаря таким возможностям, рабочие элементы конструкции ротационного барабана, при оптимально подобранных параметрах, хорошо взрыхливая верхний слой гребня, могут вычесывать и протаскивать сорняки вдоль гребня на новерхность, при этом разрушая связь их корневой шейки с почвой.

Исходя из вышеперечисленного, предлагается схема конструкции рабочего органа, представляющая собой сложную геометрическую фигуру (рис. 2.1), составленную из двух усеченных конусов и цилиндра. Такая фигура образуется при помощи двух пар колец различного диаметра и скребков-планок, взаимоувязанных между собой таким образом, что в плоскости боковин барабана образуются почвозацепы.

Рисунок 2.1. - Схема конструкции ротациоипореактивиого рабочего органа При поступательном движении агрегата на почвозацепы барабанов действуют силы реакции почвы, которые приводят барабаны во вращение. При этом скребки-планки барабанов совершают сложное движение и хорошо рыхлят почву по всему периметру гребня без пропусков. Они разрушают почвенную корку (связь сорняков с почвой) и протаскивают сорняки, находящиеся в стадии «белой ниточки», с выносом их на поверхность почвы, что благоприятно сказывается на развитии культурных растений и, в конечном счете, на урожае.

Предлагаемая конструкция ротационного рабочего органа будет способствовать лучшему рыхлению почвы, крошению глыб и комков, более эффективному уничтожению сорняков, а также при совместном ее использовании со стрельчатыми лапами и окучивающими корпусами, обеспечит формирование гребня в соответствии с агротехническими требованиями при меньших затратах энергии.

По разработанной новой конструкции ротационного рабочего органа к культиватору для ухода за растениями картофеля получено положительное решение о выдаче патента по заявке за №2003104059/12(004282).

Геометрические параметры конструкции ротационного барабана определяются размерами профиля гребня к моменту ухода, величиной междурядья растений и глубиной залегания клубней.

Теоретически профиль фебня можно принять в форме трапеции (рис. 2.2), которая характеризуется высотой - //, шириной верхнего - Шв и нижнего - Шц основания, равной величине междурядья.

Рисунок 2.2 - Параметры теоретического профиля гребия В этом случае для ширины барабана Ш, с учетом ширины захвата стрельчатой лапы Шс, можно записать:

Ширина цилиндрической части барабана Шц определяется шириной верхнего основания гребня

РОССИЙСКАЯ

БИБЛИОТЕКА

Для определения параметров рабочих элементов (почвозацепов или скребков-планок) конструкции необходимо учесть глубину обработки гребня, которая зависит от глубины залегания клубней.

Длина рабочего элемента определяется таким образом, чтобы при перекатывании по гребню, с учетом проседания барабана под собственной массой ( см), выполнять работу, не повреждая клубней.

Пользуясь указанными в агротехнических требованиях параметрами гребня [21, 26], полученного после проведения ухода за растениями картофеля, можно определить соотношение радиусов ротационного барабана:

где RH - наружный радиус барабана; г - внутренний радиус (расстояние от оси до начала рабочего элемента барабана); Н - высота гребня к моменту ухода; h величина заглубления рабочего элемента в почву; hi - высота почвозацепа.

Полученные геометрические параметры сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Основные геометрические параметры ротациоииого барабана Ширина цилиндрической части барабана, мм (почвозацепов), мм чего элемента в почву, мм.

Соотношение наружного радиусов при П=10 см.

2.2 Исследованне влияния конструктивных и экснлуатационных нараметров ротационного барабана на ночву Основная задача ухода за растениями картофеля - уничтожение сорняков на ранней стадии их развития, т.е. предотвращение развития их корневой системы. Наиболее уязвимы к внешним воздействиям сорняки, находящиеся в стадии «белой ниточки» [19, 20, 78, 102, 187].

Поставленную задачу может решить рабочий орган ротационнореакционного типа, конструктивная схема которого приведена на рисунке 2.1.

При поступательном движении агрегата ротационный барабан перекатывается по гребню в плоскости обода почвозацепов за счет сил реакции почвы.

В этом случае точки окружности обода почвозацепов будут описывать траекторию нормальной циклоиды, а остальные, находящиеся на меньшем радиусе, траекторию укороченной циклоиды [88, 170].

Такой характер траектории движения точек ротационной бороны позволяет рабочим элементам конструкции при входе в почву разрушать ее структуру, захватывая при этом частицы почвы вместе с сорняками, а при выходе из нее сбрасывать их на поверхность.

Конструктивные и эксплуатационные параметры барабана необходимо выбрать таким образом, чтобы рабочие элементы при его перекатывании по гребню наиболее эффективно выполняли технологический процесс ухода за растениями картофеля, а именно уничтожение сорняков и рыхление почвы.

При взаимодействии рабочего элемента ротационного барабана с почвой частицы приобретают определенную абсолютную скорость, направление вектора которой после схода с барабапа в зависимости от кинематического режима работы может иметь три варианта (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 - Варнанты нанравлеиия вектора абсолютиой скорости частиц в момент схода с рабочего элемента барабана - векторы переносной, относительной и абсолютной скорости движения частиц соответственно.

1 — направление V^^ci под углом 5 менее 0° к горизонту;

2 - направление Уабс2 "од углом 5 к горизонту от О до 90°.

3 - направление V^g^T, "ОД углом 5 к горизонту более 90°;

В первом случае дальность полета частиц будет наименьшей, что приведет к недостаточно полному разрушению связи корневых шеек сорняков с почвой, а следовательно, к дальнейшему их развитию.

Если же направление вектора абсолютной скорости частиц от О до 90° к горизонту, как показано во втором варианте, корневые шейки сорняков, теряя связь с почвой, будут оставаться на поверхности. Причем наиболее эффективным процесс уничтожения можно наблюдать в случае, когда угол 5 направления вектора скорости частиц стремится к 45°. При этом условии дальность отбрасывания частиц на уже обработанную поверхность, а следовательно, эффективность разрушения связи сорняков с почвой и вынос их на поверхность, будет максимальной.

В третьем варианте частицы почвы вместе с сорняками устремляются на еще необработанную поверхность гребня. Такое обстоятельство может привести к обратному эффекту - зарыванию корешков при последуюш;ем проходе барабана, что наилучшим образом повлияет на их развитие.

Таким образом, наиболее эффективным процесс уничтожения сорняков будет наблюдаться во втором варианте, когда вектор скорости частиц после взаимодействия с рабочим элементом барабана будет направлен под углом от О до 90° к горизонту.

2.2.2 Анализ движения ночвы но рабочему элементу ротационного барабана Для нахождения направления вектора скорости необходимо нровести анализ движения ночвы вдоль рабочего элемента барабана, перемещающегося нлоскопараллельно. Такое движение является сложным, так как оно определяется переносным, вместе с барабаном, и относительным движением.

Чтобы провести анализ сложного движения ночвы вдоль рабочего элемента барабана, составим схему (рис. 2.4), на основании которой будет описываться математическая модель этого движения.

Рисунок 2.4 - Схема для нроведения анализа сложного двнжения R - радиус, по которому перекатывается барабан без буксования; г - расстояние от оси до рабочего элемента барабана; а - угол поворота рабочего элемента вокруг оси барабана; h - величина заглубления рабочего элемента в почву; Н высота гребня к моменту ухода; Ki - исходная точка рабочего элемента.

Как уже отмечалось, движение почвенного комка является сложным. Для описания этого движения его раскладывают на переносное - вместе с барабаном, и относительное - вдоль рабочего элемента.

Чтобы найти угол 5, под которым направлен вектор скорости почвенных частиц после схода с рабочего элемента, нужно знать проекции абсолютной скорости на оси ненодвижной системы координат:

где V^y - проекции переносной скорости на оси Ох и Оу соответственно;

V^^y - проекции относительной скорости на оси Ох и Оу соответственно, при этом Таким образом, необходимо исследовать переносное и относительное движения почвенных частиц с целью определения радиуса барабана и поступательной скорости, при которых будет наблюдаться наиболее эффективная работа.

Исследуем переносное движение. При движении ротационного барабана по наружному диаметру без скольжения (буксования) все его точки, находящиеся на меньшем радиусе, будут описывать траекторию укороченной циклоиды [170].

Запишем параметрическое уравнение укороченной циклоиды, которую описывает точка К] (рис. 2.4) рабочего элемента барабана в неподвижной системе координат Оху. Ось абсцисс проходит по основанию гребня - ML, начало координат О - проекция одной из начальных точек, в которой рабочий элемент барабана находится в крайнем нижнем положении:

где a - угол поворота рабочего элемента вокруг оси барабана.

Определим скорость и ускорение данной точки.

Учитывая, что а=Ш; а - — = со, запишем:

где R(o=Vn - скорость поступательного движения ротационного барабана.

Чтобы исследовать относительное движение почвы по рабочему элементу ротационного барабана, необходимо ввести подвижную систему координат OiXiyi, жестко связанную с рабочим элементом барабана.

Выразим проекции скорости точки К] рабочего элемента в этой системе, используя формулы преобразования системы координат. Система координат повернута на угол ц>=п/2- Ш.

Vx\ = Fx cos(7t/2- ()t) + Vs' sin (n/2- Ш) = Rcosin Ш -r cocos со/- sin cot + + r cocos Ш- sin C / =i?cosin Ш, Vyi = V^r cos(7r/2- a> /) - F)i sin {nil- Ш) = rcosin^ Ш - Rcocos Ш +rcocos^ Ш = Ускорения в проекции на оси OiXi и Oiyi:

Таким образом, ускорение направлено к центру барабана.

Чтобы получить достоверные результаты при теоретическом исследовании движения почвы по рабочему элементу барабана, важно правильно составить математическую модель системы - «почва - рабочий элемент ротационного барабана».

Для того, чтобы полученная математическая модель была разрешаема и в то же время адекватна процессу движения частиц по рабочему элементу ротационного барабана, необходимо сделать следующие допущения:

1. Качение барабана происходит вокруг точки О контакта наружного диаметра с почвой без проскальзывания (буксования), т.е. точка О является мгновенным центром скоростей.

2. Почва имеет однородный механический состав одинаковой влажности.

При этой влажности сила трения между почвой и рабочими элементами барабана подчиняется закону Кулона:

где f- приведенный коэффициент трения скольжения (f=0,4...0,6 [171]);

N - сила нормального давления, Н.

3. Почвенные частицы, находящиеся на рабочем элементе, принимаем за материальную точку.

4. Скорость движения МТА, а следовательно и барабана, принимаем в пределах 6...9 км/ч (1,7...2,5 м/с) - по агротехническим требованиям, предъявляемым к культиваторам [26, 106, 133].

5. Вращение ротационного барабана начинается при крайнем нижнем положении рассматриваемого рабочего элемента.

Прикладываем к материальной точке все действующие внешние силы (рис 2.5). Добавляем переносные силы инерции и составляем дифференциальные уравнения относительного движения:

где Ф^— переносная сила инерции; mg cosa - проекция силы тяжести на Ох;

Ф^- кориолисова сила инерции; mg sina - проекция силы тяжести на Оу.

Дополняем эти уравнения условием движения со скольжением, подчиняющемуся закону Кулона, (формула 2.11).

Записываем выражения для сил:

где Xi - расстояние от центра барабана до текущего положения центра масс частиц, r + — Аа. по формуле (3.17). Табличное значение критерия Стьюдента составляет 1табл =2,0423 при числе степеней свободы/=30 (формула (3.18)) и выбранном уровне значимости р=5% [123, 189]. Графическое изображение значимости коэффициентов математической модели процесса ухода за растениями картофеля представлено на рисунке 4.6.

Дисперсия ошибок опытов по формуле (3.22) составила 5^=0,5628 (таблица П.6 приложения 3), а дисперсия коэффициента регрессии, вычисленная по ватности (остаточную дисперсию) математической модели S^^ =0,37. Расчетное значение критерия Фишера найдем по формуле (3.19). Fpac» =0,66 оказалось меньше табличного значения Гтабл'-'^Л^, соответствующего 5%-ному уровню значимости и степеням свободы fi=ll и f2=30. Следовательно, уравнение регрессии (4.2) можно с вероятностью 95% считать адекватным реальному процессу.

Однородность дисперсии параллельных опытов определяли по критерию Кохрена, формула (3.24). Полученное расчетное значение Gpac4~ 0,1907 сравнивали с табличным - Стабл- Для степени свободы числителя fi=2 и знаменателя f2=15 по формулам (3.25) при выбранном уровне значимости 5% табличное значение составляет Сийбл=0,3346 [123, 189].

Табличное значение Кохрена больше расчетного, следовательно, гипотеза об однородности дисперсии параллельных опытов принимается.

С помош,ью программы «STATGRAPHICS Plus for Windows» получены графические изображения поверхностей откликов (рисунок 4.16), изображающие зависимость между критерием оптимизации - полнотой уничтожения сорняков и независимыми переменными у=/(Ум,G), у=/(Ум,Z), Анализ поверхностей окликов, представленных на рисунке 4.8, удобней проводить с помощью двумерных сечений, которые представлены на рисунке 4.9.

93 [L Скорость МТА Вертикальная нагрузка Число скребков-планок Рисунок 4.7 - Графики фуикциональной зависимости иолиоты уиичтожеиия сорняков от управляемых закодированных факторов Рисунок 4.8 - Графическое изображение новерхности отклика Рисунок 4.9 - Графическое изображение двумерных сечений, характеризующих нолноту уничтожения сорняков сти, плотности, твердости почвы в гребне, образованном скребково-планчатым ротационным барабаном и ротационными боронками БРУ-0,7.

Тип почвы - дерново-подзолистый супесчаный, взят из почвенной карты хозяйства, где проводились исследования.

- экспериментальный скребково-планчатый барабан;

Рисунок 4.3 - Результаты исследования гранулометрического Результаты исследования гранулометрического состава почвы (рис. 4.3) показали, что после обработки экспериментальными рабочими органами агрегатный состав почвы в гребне более выровнен - 82,6% от общей массы частиц с размерами от 10 до 25 мм. После обработки почвы боронками БРУ-0,7 доля частиц этой же фракции составила 69,4%, а фракции с размерами частиц от 25,1мм до 50 мм увеличилась на 3,8%.

Из анализа графиков (рис. 4.4) следует, что после обработки почвы экспериментальными боронками влажность на поверхности гребня меньше, чем после обработки почвы боронками БРУ-0,7 на 0,4%, но с увеличением глубины она выравнивается. Это можно объяснить тем, что после обработки экспериментальными рабочими органами гранулометрический состав почвы более равРассмотрение всех возможных двумерных сечений дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании уровней каждой пары факторов.

Анализируя рисунок 4.17, видим, что при проведенных исследованиях по изучению и оптимизации процесса ухода за растениями картофеля, на фиксированном нулевом уровне фактора Xi (скорость МТА) область оптимума находится в пределах Х2=-1...0,3; Хз=-0,2...1 и составляет 93,6%. При фиксированном нулевом уровне параметра Хз (вертикальная нагрузка) область оптимума составляет 93,6% и находится в пределах Xi=-O,l...l; Х2=-1...0,3. При фиксированном нулевом уровне параметра Хг область оптимума находится в пределах Xi=O, 1... 1, Хз=О, 1... 1 и составляет 94,8%.

Для определения значений закодированных факторов, обеспечивающих наиболее высокую эффективность работы культиватора по уходу за растениями картофеля, составлена система дифференциальных уравнений:

dy/dxi=3,01875-6,8466xi-0,255x2+l,3275x3, ^ dy/dx2= -1,14375-3,2066x2-0,255x1+0,5025x3, После приравнивания к нулю частных производных и решения системы • уравнений относительно неизвестных были определены оптимальные значения ^ факторов в закодированном виде, обеспечивающих наибольшую эффективность процесса ухода за растениями картофеля: Xi=0,5603, Х2=-0,3141, Хз=0,5558.

Для удобства интерпретации полученных результатов оптимальные значения раскодированы согласно формуле:

где Xj - натуральное значение фактора;

Xj — кодированное значение фактора;

Xjo - натуральное значение основного уровня фактора.

номерен и имеет оптимальные размеры почвенных частиц, а это, в свою очередь, благоприятствует прогреву верхнего слоя почвы гребня.

Рисунок 4.4 - Средние значення влажности (а), твердостн и илотности иочвы (б) в гребне после ироведення ухода за растениями картофеля Статистическая обработка результатов ноказывает, что плотность и твердость почвы с увеличением глубины обработки возрастает (рис 4.4). Причем плотность и твердость почвы в гребне после обработки бороной БРУ-0,7 выше на 0,03...0,05 г/см^ и 0,4...0,5 кг/см^ соответственно.

Это объясняется тем, что, в отличие от почвозацепов БРУ-0,7, скребкипланки ротационного барабана за счет своей конструкции обрабатывают почву по всему периметру гребня без пропусков на глубину до 5 см.

Таким образом, анализ графических зависимостей показывает, что гранулометрический состав, влажность, плотность и твердость почвы находятся в зависимости от применяемого рабочего органа. На основании вышеизложенного * Натуральные факторы, обеспечивающие наибольшую эффективность в уравнении (4.2) переменные и коэффициенты представлены в закодированном виде, что не позволяет производить расчеты полноты уничтожения сорняков при интересующих нас натуральных значениях факторов. Для получения расчетной формулы произведем раскодирование уравнения согласно формулам (3.26), (4.5) и получим уравнение отклика для натуральных факторов, подставив вместо обозначения Xj обозначения величин натуральных факторов Ф При вышеуказанных факторах, значения которых обеспечивают наибольшую эффективность процесса ухода за растениями картофеля, уравнение отклика для натуральных факторов (4.6) в зависимости от скорости движения Формула (4.7) позволяет по заданной скорости движения трактора в агреф гате с культиватором при уходе за растениями картофеля прогнозировать полф ноту уничтожения сорняков.

Для более полной агротехнической оценки определена степень повреждения культурных растений. К моменту проведепия второй довсходовой обработки растения, при глубокой посадке (8-10 см), имеют уже развитую корневую систему. При этом возможно повреждение клубней протаскиванием их скребками-планками на поверхность гребня.

также следует, что предложенный ротационный скребково-планчатый рабочий орган является более эффективной конструкцией в сравнении с боронкой БРУи более полно отвечает агротехническим требованиям.

4.3 Результаты определения геометрических параметров гребня Согласно методике полевых испытаний были проведены замеры профиля гребня при помощи планки и линейки (рис. 3.8).

Результаты замеров обработаны с помощью программы Excel и приведены на рисунке 4.5.

а ^ к - после обработки экспериментальным скребково-планчатым барабаном;

б • - после обработки серийной боронкой БРУ-0,7 (контроль);

в, г ф - окончательное формирование гребней окучивающими корпусами Рисунок 4.5 — Результаты исследования параметров гребня периферии гребня. Такое воздействие его на почву приводит к повышению степени повреждения культурных растений от 6,5 до 10,9% в процессе ухода за растениями картофеля.

При сравнительных испытаниях были проведены исследования взаимодействия рабочего органа с сорными растениями.

Испытания проводились с использованием экспериментальных рабочих органов и серийных боронок БРУ-0,7. Количество сорняков определялось по методике, описанной в 3 главе данной работы [137]. Результаты представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты исследования степени уничтожения сорняков ротационным барабаном в еравненни с серийной - БРУ-0, Показатели Скребково-планчатый барабан Серийный БРУ-0, Через 4 дня после первой обработки Через 4 дня после второй обработки Анализ результатов исследования степени уничтожения сорняков ротационным барабаном в сравнении с серийной боронкой - БРУ-0,7 показывает, что при проведении ухода за растениями картофеля после первой обработки ротациопным барабапом было уничтожено на 10,6% сорняков больше, чем после обработки серийной боронкой БРУ-0,7. Вторая обработка ротационным барабаном позволила почти полностью уничтожить сорняки - на 1м в среднем оставалось 3 сорняка. Это на 36% лучше, чем после вторичной обработки боронкой БРУ-0,7.

Такой результат можно объяснить тем, что конструкция скребкогопланчатого барабана, в отличие от боронки БРУ-0,7, позволяет более полно вычесывать сорняки, разрушая связь корневых шеек с почвой и оставляя их на поверхности.

Для оценки структуры урожая, полученного при уходе за растениями картофеля серийными ротационными боронками БРУ-0,7, в сравнении с экспериментальными ротационными барабанами, был собран картофель из рядка длиной 14,3 м (площадь 10 м ) с 4-х кратной повторностью в различных местах участка. Результаты представлены в таблице 4.2 и на рисунке 4.17.

Таблица 4.2 - Структура урожая, полученного при уходе за растеппями картофеля ротациоппымп барабапамп в сравпепии с серийпыми Фракция картофеля:

На контрольном участке получен урожай картофеля 151,2 ц/га, а на экспериментальном на 14,3% больше, т.е. 172,8 ц/га. Выход клубней по фракциям отличается тем, что на экспериментальном участке масса клубней крупной фракции (масса клубня более 80 г) составила 63,7% от общей массы, а на конставил 140... 145 мл, что составляет 4,9...5,1 кг/га. Для экспериментального культиватора этот показатель составил 120... 130 мл или 4,65...4,8 кг/га. Таким образом, расход топлива при использовании экспериментального культиватора ротационными барабанами ниже на 4,7...5,2 %, чем у контрольного. Уменьшение удельного тягового сопротивления и расхода топлива при использовании экспериментального культиватора объясняется тем, что здесь меньше энергии тратится на преодоление сил трения о рабочую поверхность.

1. Результаты производственных исследований подтвердили правильность теоретических выводов. Использование теоретически обоснованных параметров и режимов работы процесса ухода за растениями картофеля обеспечило наибольшую эффективность уничтожения сорняков.

2. Полученная математическая модель процесса ухода за растениями картофеля позволила определить оптимальные значения управляющих факторов, при этом скорость движения МТА 2,45 м/с, дополнительная вертикальная нагрузка 148,72 Н, число скребков-планок 16 штук.

3. При проведении сравнительных испытаний экспериментального культиватора и серийного КОН-2,8+БРУ-0,7 установлено, что по степени повреждения культурных растений экспериментальный рабочий орган практически не уступает серийному и находится в пределах агротехнических требований.

4. По эффективности уничтожения сорняков экспериментальные рабочие органы при однократной обработке превосходят аналог БРУ-0,7 на 10,6%, а при двукратной - на 36%.

5. Топливо-энергетические затраты экспериментального культиватора ниже на 4,7...5,2%.

формуле (3.16) равна 5'^ =0,0375. Доверительный интервал определяется по формуле (3.17) и составляет Аа^=±0,3955.

VM: Х] Z: Хз У//////У7///////////////////////////////777Л

УУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУУЛ

Рисунок 4.6 - Значимость коэффициентов математической модели После отсева незначимых коэффициентов, для которых абсолютная величина коэффициента уравнения больше доверительного интервала: ai^

ЧО CN CN