Field testing of a disk-chisel harrow

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время при выращивании сельскохозяйственных культур в целом, и зерновых культур в частности, требуется, чтобы почва была хорошо обработана для облегчения роста этих растений [1]. Чтобы обработка была качественной, используемое оборудование должно быть хорошо приспособлено для этого [2]. Поэтому, операции по обработке почвы должны соответствовать агротехнологическим требованиям при возделывании растений [3].

В случае зерновых культур необходимо учитывать глубину обработки и угол атаки дискового блока, поскольку именно эти параметры оказывают решающее влияние на качество основной обработки почвы.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью исследования являются механизация процесса и повышение качества обработки почвы разработанным усовершенствованным почвообрабатывающим орудием.

Для выполнения поставленной цели поставлены следующие задачи:

1. Произвести краткий анализ состояния приемов и существующих технических средств обработки почвы.
2. Предложить универсальную конструкцию агрегата [4] механизированных процессов для снижения трудозатрат на регулировки, расширения функциональных возможностей и повышения качества обработки почвы.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

Для решения поставленных выше задач было разработано комбинированное почвообрабатывающее орудие, предназначенное для комбинированной обработки почвы, как дисками, так и с помощью лап-глубокорыхлителей с боковыми ножами, установленными на глубину обработки (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема агрегата: 1 – рама продольная; 2 – рама дискового модуля; 3 –диск сферический; 4 –стойка индивидуальная; 5 – рычаг; 6 – планка; 8 – рама чизельного модуля; 9 – лапа-глубокорыхлитель; 10 –нож боковой; 11 – балка нижняя; 14 – ось; 16 –домкрат винтовой; 17 – балка верхняя; 23 – крепление. / Fig. 1. The unit’s layout: 1 – a longitudinal frame, 2 – a disk module frame; 3 – a spherical disk; 4 – an individual strut; 5 – a lever; 6 – a rack; 8 – a chisel module frame; 9 – a deep tiller; 10 – a lateral knife; 11 – a lower beam; 14 – an axle; 16 – a screw-jack; 17 – an upper beam; 23 – a mounting.

 

При проведении работ на опытном поле, расположенном в Красноармейском районе Краснодарского края, была осуществлена основная обработка почвы диско-чизельной бороной, изготовленной согласно указанной схемы.

Опыты проводились при скоростях движения агрегата 6,2; 6,5; 6,7 и 6,8 км/ч, что соответствует углу регулировки дисковых рабочих органов [5].

На рис. 2 и 3 представлена предлагаемая диско-чизельная борона во время испытаний в прицепном варианте.

 

Рис. 2. Диско-чизельная борона во время испытаний. / Fig. 2. The disk-chisel harrow at the testing.

 

Рис. 3. Диско-чизельная борона при работе с разными углами атаки дисков: a) – 45°; b) – 30°; c) – 15°; d) – 5°. / Fig. 3. The disk-chisel harrow at operation with various disk attack angles: a – 45°; b – 30°; c – 15°; d – 5°.

 

Рабочие органы располагались в два блока, размещенных один за другим.

В первый блок – дисковый – были внесены различные регулировки угла атаки. Диски располагались под углами атаки: 5, 15, 30 и 45 градусов с углом наклона 19,5 градуса.

Второй блок – чизельный, в который входят лапы глубокорыхлителя, закрепленные на рабочей глубине 15 см.

Для каждого изменения угла атаки результаты обработки показывают, что качество обработанной почвы отличается от уровня к уровню [6]. Это наблюдается на изображениях, сделанных во время серии экспериментов (рис. 4).

 

Рис. 4. Внешний вид почвы, обработанной под разными углами атаки дисков: a) угол атаки 5°; b) угол атаки 15°; c) угол атаки 30°; d) угол атаки 45°. / Fig. 4. Appearance of the soil cultivated with various disk attack angles: a) the attack angle 5°; b) the attack angle 15°; c) the attack angle 30°; d) the attack angle 45°.

 

Кроме того, была собрана информация, полученная в результате регулировки угла атаки дисков. Эта информация касается, в том числе, производительности сельскохозяйственной машины, расхода топлива и многих других параметров.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты, наблюдаемые на этом этапе, сведены в таблице 1 и показаны на фотографиях в деталях (рис. 5).

 

Таблица 1. Технические характеристики агрегата при работе с различными углами атаки дисков / Table 1. The unit’s performance indicators at operation with various disk attack angle

Показатели	Угол атаки
	45°	30°	15°	5°
Рабочая площадь, га	0,8	0,8	0,8	0,8
Средняя рабочая скорость, км/ч (м/с)	6,2 (1,72)	6,3 (1,75)	6,7 (1,86)	6,8 (1,89)
Средний расход топлива на ед. площади, л/га	38,1	36,4	33	32,7
Сопротивление, кН	45,8	38,5	36	35
Производительность, га/ч	0,5	0,6	0,65	0,65

 

Рис. 5. Показания системы Глонасс на тракторе John Deere: a) угол атаки 5°; b) угол атаки 15°; c) угол атаки 30°; d) угол атаки 45°. / Fig. 5. The GLONASS data at the John Deere tractor: a – the attack angle of 5°; b – the attack angle of 15°; c – the attack angle of 30°; d – the attack angle of 45°.

 

При проведении операций обработки почвы есть еще один параметр, который необходимо учитывать – удельное тяговое сопротивление – это сопротивление, которое оказывает сельскохозяйственная машина при передвижении ее в рабочем состоянии [7].

Как известно, для прицепных сельскохозяйственных машин удельное сопротивление при повышении скорости движения выше 5 км/ч определяется по формуле:

$K=k_0\cdot \left[1+\left(\frac{{\Delta }_{\text{c}}}{100}\right)\cdot \left(V_{\text{р}}-V_{\text{спр}}\right)\right]$,

где $V_{\text{р}}$ – скорость движения на i-й передаче, км/ч; $V_{\text{спр}}$– скорость, соответствующая справочному значению коэффициента удельного сопротивления машины (орудия), км/ч; $K$ – удельное тяговое сопротивление прицепной машины при рабочей скорости $V_{\text{р}}$, кН; $k_0$ – удельное тяговое сопротивление прицепной машины при рабочей скорости $V_{\text{0}}$, равной 5 км/ч, кН; ${\Delta }_{\text{c}}$ – процент увеличения сопротивления агрегата при возрастании скорости на 1 км/ч, %.

Полученные величины удельного тягового сопротивления также представлены в таблице 1.

Учет физико-механических свойств, характеристики рабочих органов предлагаемого устройства и скоростного напора пласта позволили получить в результате анализа в интервале исследуемых скоростей значения сопротивления бороны, близкие к эмпирическим результатам [8]. Отклонения текущих показаний от эмпирических значений отличались на величину ошибки опыта.

Чтобы правильно наблюдать и анализировать, как производится разброс найденных значений в зависимости от регулировки угла атаки дисков, перейдем к построению графиков полученных данных. Эти графики создаются с помощью программного обеспечения Microsoft Excel 2007 (рис. 6).

 

Рис. 6. Зависимости производительности (a), удельного сопротивления (b) и расхода топлива агрегата (c) от угла атаки дисков. / Fig. 6. Dependencies of productiveness (a), specific resistance (b) and unit’s fuel consumption (c) on the disk attack angle.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Поставленные задачи выполнены.
2. Анализируя приведенные данные, мы наблюдаем, что значения, соответствующие параметрам производительности и удельного сопротивления, начинают изменять тенденцию. Наибольший расход топлива наблюдается при установке блока дисков на 45 градусов.

ВЫВОДЫ

Сопоставляя данные, полученные при наблюдении за внешним состоянием почвы и сравнивая ее после регулировки угла атаки дисков, можно сделать вывод, что предлагаемое техническое средство обеспечивает наилучшую обработку почвы, когда диски находятся под наклоном 15 и 30 градусов. На этом уровне регулировки мы наблюдаем, что почва обрабатывается качественно с достаточно хорошим оборотом пласта (см. рис. 3, 4).

По результатам произведенных опытов, заметим, что использование этой сельскохозяйственной машины будет гораздо эффективнее на очень больших рабочих площадях, потому что она имеет относительно большие размеры.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Б.Ф. Тарасенко ― редактирование текста рукописи, экспертная оценка, утверждение финальной версии; Э. Хавьяримана ― редактирование текста рукописи, создание изображений; B.А. Дробот ― обзор литературы, сбор и анализ литературных источников; C.Г. Руднев ― редактирование текста рукописи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. B.F. Tarasenko ― editing the text of the manuscript, expert opinion, approval of the final version; E. Khav’yarimana ― editing the text of the manuscript creating images; V.A. Drobot ― literature review, collection and analysis of literary sources; S.G. Rudnev ― editing the text of the manuscript.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Boris F. Tarasenko

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Email: b.tarasenko@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-9957-5979
SPIN-code: 7415-7870

Associate Professor, Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Tractors, Automobiles and Technical Mechanics Department

Russian Federation, Krasnodar

Eric Khav’yarimana

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Email: donsergio38@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-3746-8359

Postgraduate of the Tractors, Automobiles and Technical Mechanics Department

Russian Federation, 13 Kalinina street, 350044 Krasnodar

Viktor A. Drobot

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Email: viktor.drobot.85@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3136-6481
SPIN-code: 7889-3176

Associate Professor, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Resistance of Materials Department

Russian Federation, 13 Kalinina street, 350044 Krasnodar

Sergey G. Rudnev

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Author for correspondence.
Email: donsergio38@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-1222-0818
SPIN-code: 5564-8707

Engineer, Senior Lecturer of the of the Tractors, Automobiles and Technical Mechanics Department

Russian Federation, 13 Kalinina street, 350044 Krasnodar

References

Supplementary files