Механико-технологические основы снижения энергоемкости обработки почвы

страница	1/6
Дата публикации	10.12.2014
Тип	Автореферат

100-edu.ru > Документы > Автореферат

1 2 3 4 5 6

На правах рукописи

МАМБЕТАЛИН Кахим Токушевич

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Новосибирск - 2011

Работа выполнена на кафедре «Почвообрабатывающие и посевные машины» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»
Научный консультант – доктор технических наук

Нестяк Вячеслав Степанович

(ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Докин Борис Дмитриевич

(ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)
доктор технических наук, профессор

Ковтунов Виктор Евгеньевич

(ФГОУ ВПО ОмГАУ)
доктор технических наук, профессор

Набиев Тухтамурод Сахобович

(ФГОУ ВПО БГАУ)
Ведущая организация – Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский

институт механизации сельского хозяйства

(ГНУ ВИМ Россельхозакадемии)

Защита состоится « 15 » декабря 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета по адресу 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, р.п. Краснообск –1, а/я 460 ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии;

телефон, факс (383) 348-12-09;

e-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ
Автореферат размещен на сайте ВАК Минобрнауки России [email protected] 14 сентября 2011г., на сайте ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии www.sibime-rashn.ru – 14 ноября 2011 г. и разослан 14 ноября 2011г.
У

ченый секретарь

диссертационного совета В.С. Нестяк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В технологии возделывания сельскохозяйственных культур особое место по энергоемкости (до 25%) занимает обработка почвы. Она же определяет и энергоемкость всей технологии возделываемой культуры, а в совокупности с другими факторами является одной из причин целого ряда негативных последствий механизации (снижения урожайности полей, повышенной плотности почв, усиления эрозионных процессов и т.д.) и возникновения проблемы почвосбережения.

Обработка почвы выполняется различными рабочими органами, а в основе существующих способов основной и поверхностной обработки почвы и рабочих органов для их реализации лежит механическое воздействие на почву сжатием.

К настоящему времени накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал по обработке почвы, однако качественных изменений в принципе воздействия на почву и в конструкциях рабочих органов для их реализации не происходит. Хотя еще основоположник земледельческой механики академик В.П. Горячкин говорил о необходимости иных методов и приемов воздействия на почву для снижения энергоемкости ее обработки и сохранения плодородия почвы.

Причиной сложившегося положения является то, что земледельческой механике присущ упрощенный подход к почве: при рассмотрении почвы как объекта технологического воздействия изучение и учет структуры, состава, свойств и других характеристик почвы проводится на уровне почвенных частиц размером 10^-1 …10^-2 см, что для ее развития явно недостаточно. На этом уровне даже такие легко обнаруживаемые механические свойства, как внутреннее трение, вязкость, пластичность, проявляются не в полной мере, так как они формируются составом почвы, в том числе и коллоидным.

Следовательно, изыскание новых способов и приемов воздействия на почву с учетом многообразия её свойств, потенциально содержащих возможные направления снижения затрат энергии на обработку, и разработка на этой основе менее энергоемких процессов и технических средств основной и поверхностной обработки почвы, сохраняющих её плодородие, является актуальной научной проблемой.

Цель исследования – снижение энергетических затрат на обработку почвы при сохранении её плодородия за счет научно обоснованной минимизации обработок и применения нетрадиционных видов деформации и приемов воздействия на обрабатываемый пласт почвы.

Объект исследования – динамические процессы, формирующие почвенную структуру в естественных природных условиях; технологические процессы поверхностной и основной обработки почвы и реализующих их технических средств.

Предмет исследования – закономерности техногенного воздействия на почву, определяющие возможности снижения энергетических затрат на её обработку, сохранение структуры и плодородия.

Методы исследования. Общей методологической основой исследований явились методы и приемы диалектического познания изучаемой проблемы: анализ и синтез, моделирование, эксперимент, гипотеза, наблюдение, индукция и дедукция.

Теоретические исследования выполнены на базе методологических положений классической механики, механики твердого тела, квантовой механики, кинетической теории и других отраслей науки.

Экспериментальные исследования и обработка полученных данных выполнены с использованием методов планирования экспериментов, математической статистики и пакета прикладных программ на ПЭВМ.

Сущность научной проблемы заключается в отсутствии теоретической основы техногенного воздействия на почву как сложную систему материальных частиц с учетом позиций механики тел, квантовой механики, кинетической теории и других отраслей науки, выявления на этой основе возможностей снижения энергетических затрат на обработку почвы, разработки и обоснования новых технико-технологических решений для их реализации.

Научная гипотеза. Поскольку почва является материальным телом, к ней кроме сжатия и сдвига, требующих больших энергетических затрат при разрушении (крошении), применимы и другие виды деформации. В почве происходят естественные физико-механические процессы, восстанавливающие ее структуру, за счет чего ей присуще рыхлое состояние. Предполагается за счет выявления и теоретического обоснования механизма саморазрыхления почвы определить возможные пути снижения техногенного воздействия на почву, что в итоге обеспечит снижение энергоемкости ее обработки.

Исследования выполнены в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001…2005 гг. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по направлению 02.01. «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства».

Научную новизну представляет совокупность положений, определяющих механико-технологические основы снижения энергоемкости обработки почвы:

– положения о почве как объекте технологического воздействия применительно к земледельческой механике: гипотеза о наличии в составе почвы четвертой, плазменной фазы - фазы почвенного раствора; положение о свободной и связанной воде как форме существования почвенной воды; положение о наличии в почвенном слое фононного газа, осуществляющего перенос тепла и влаги; механизм саморазрыхления почвы;

– положения о характере процессов, обеспечивающих возможности разработки новых принципов и технических средств технологического воздействия на почву: реологическая модель почвы; расчеты тепловой энергии в почвенных слоях; положение о структурной вязкости почвы; величина энергии крошения почвы; удельная поверхность почвенных частиц как агротехнический показатель ее структуры; уравнение тягового сопротивления рабочего органа;

– теоретическое обоснование применения нетрадиционных принципов воздействия на почву: растяжения, вибрации; обработки почвы без механического воздействия на нее рабочими органами (интенсификация процессов разрыхления почвы за счет перевода связанной воды в категорию свободной воды и т.п.); переменной или комбинированной форм и геометрий поверхностей рабочих органов;

– уровень технологического воздействия на почву при подготовке к возделыванию зерновых культур в степной зоне;