Development of combined working organ for graded subsurface tillage

Full Text

Введение Под обработкой почвы понимают воздействие на нее рабочими органами машин и орудий с целью создания необходимых условий для роста с.-х. культур и уничтожения сорных растений. В частности, широко используется чизелевание, суть которого заключается в обработке почвы установленными на раме безотвальными рабочими органами с недорезом пласта по ширине захвата орудия, что обеспечивает рыхление, крошение почвы и уничтожение сорной растительности [1]. Цель исследования Цель исследования состоит в разработке комбинированного рабочего органа для совершенствования технологического процесса послойной безотвальной обработки почвы. Материалы и методы Использованы методы сравнения и монографического исследования существующих конструкций рабочих органов для послойной безотвальной обработки почвы, выделены тенденции их развития (рис. 1). К первоначальной конструкции глубокорыхлителя в виде прямолинейной стойки с долотом (позиция 1 на рис. 1) добавляются лапы (уширители щели, кротователи и т.п.) для улучшения качества обработки почвы за счет формирования требуемого профиля борозды (1.1 на рис. 1). Для снижения тягового сопротивления рабочего органа и улучшения заглубляемости прямолинейные стойки трансформируются в криволинейные или наклонные (2 на рис. 1) по ходу движения. Придание степени подвижности рабочему органу относительно стойки, например лапам в поперечно-вертикальной или долоту в продольно-горизонтальной плоскости, позволяет уменьшить тяговое сопротивление и улучшить качество рыхления (2.1 на рис. 1). Дальнейшее совершенствование рабочего органа (3 на рис. 1) предполагает наклон стойки не только по ходу движения, но и в сторону (например paraplow фирмы Howard), что обеспечивает лучшее разуплотнение пласта. Это начальный этап формирования тенденции развития послойной обработки почвы. Логическое продолжение указанной тенденции - оснащение конструкции рыхлителем для мелкой обработки почвы, закрепленным на стойке (4 на рис. 1). Данная конструкция обеспечивает послойное рыхление долотом, наклонной частью стойки и рыхлителем для мелкой обработки почвы. Однако за счет увеличения зоны деформации повышается тяговое сопротивление рабочего органа, которое можно снизить, используя криволинейную режущую кромку (4.1 на рис. 1) вместо прямолинейной [2, 3]. В настоящее время основной элемент резания, применяемый на почвообрабатывающих рабочих органах, это лаповый элемент. Однако после прохода лаповых культиваторов возникают гребни, значительно перемешиваются горизонты почвы, что отрицательно сказывается на качестве послойной обработки и приводит к повышенному испарению влаги. Отмечено избыточное давление на почву лаповых рабочих органов, применяемых без учета типа почвы, ее состояния и физико-механических свойств. На лапы налипают почва и растительные остатки, что вызывает длительные простои агрегата и нарушение технологического процесса. Быстрый износ лаповых рабочих органов приводит к ухудшению качества обработки почвы и увеличению тягового сопротивления. Также следует отметить недостаточно широкие функциональные возможности, большие энергозатраты и низкую эксплуатационную надежность, большое лобовое сопротивление, а в некоторых случаях ограниченность применения рабочих органов. Заменить лапы можно на криволинейные рабочие органы. Целесообразность и необходимость разработки элемента для мелкой обработки подтверждаются исследованиями структурного состава почвы после чизелевания рабочими органами в виде стойки с долотом (см. таблицу). Содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) в процентах от абсолютно сухой черноземной почвы Глубина слоя, см До обработки, % После чизелевания на 34 см, % 5-15 72 41 15-25 64,9 66,9 25-35 75 83,4 Результаты сравнения количества агрономически ценных агрегатов до и после чизелевания на глубину 34 см свидетельствуют о том, что после обработки структура почвы ухудшается в слое 5-15 см и улучшается в слое 25-35 см, оставаясь практически неизменной в среднем слое 15-25 см. Таким образом, улучшить структуру почвы можно при использовании в конструкции чизельного рабочего органа элемента для мелкого рыхления на глубину до 16 см. Анализ развития рабочих органов почвообрабатывающих машин позволяет выделить использование криволинейной режущей кромки как конструкционное решение в рамках перспективного направления совершенствования технологического процесса рыхления с целью снижения энергоемкости. Исследование формы рабочего органа показало, что при обработке связного грунта криволинейной кромкой усилие резания, а следовательно, и тяговое сопротивление снижаются по сравнению с обработкой прямолинейной режущей кромкой в одинаковых условиях. Это объясняется характером взаимодействия пласта с рабочим органом, наличием не только лобового, но и косого резания, при котором наряду с деформациями сжатия в направлении движения имеет место сдвиг грунта в стороны по поверхностям скольжения (наименьшего сопротивления). Уменьшение тягового сопротивления рабочего органа при криволинейной форме по сравнению с прямолинейной обусловлено меньшей длиной режущей кромки по отношению ко всей площади поперечного сечения обрабатываемого пласта. Результаты и их обсуждение В связи с вышеизложенным при обработке почвы в засушливых условиях целесообразно применять рабочий орган с криволинейной режущей кромкой [4] с целью снижения энергоемкости рыхления пласта. При этом требуется некоторое усовершенствование элементов конструкции рабочих органов для адаптации к технологическому процессу обработки почвы без оборота пласта. В качестве прототипа взят рабочий орган чизеля-глубокорыхлителя КАО-2 [5], выполненный по типу paraplow, к верхней части стойки которого присоединена плоскорежущая лапа. Рабочий орган включает стойку с наклоном в сторону, долото и плоскорежущую лапу, осуществляющую подрезание сорняков в корневой зоне растений. Поскольку с одной стороны стойки плоскорежущая лапа установлена на ширину захвата долота, а с другой - на небольшую ширину для подрезания корневых остатков за идущим рабочим органом, возникает так называемая мертвая зона функционирования рабочего органа. Она находится непосредственно в перпендикулярной плоскости движения стойки, т.е. у ее основания. Предлагаемый комбинированный рабочий орган для послойной безотвальной обработки почвы включает стойку с установленным в нижней части долотом. В передней части стойки установлены съемные лемешные лезвия, причем левое лезвие выполнено криволинейным. На долоте закреплен с возможностью перемещения комкодробитель, за долотом расположена упорная плита. В верхней части стойки также смонтирован с возможностью замены рыхлитель, расположенный под углом = 15…20° к горизонтальной плоскости для обеспечения наилучшего заглубления рабочего органа. Комбинированный рабочий орган позволяет производить послойную безотвальную обработку почвы, осуществляя одновременно глубокую (25-35 см) и мелкую (12-16 см) обработку, а также получить выровненный фон поля после прохода агрегата. Принцип его работы заключается в следующем. При движении агрегата с заданной глубиной обработки долото, а также установленные в нижней части стойки левое (выполненное в форме циклоиды) и правое лемешные лезвия производят глубокую обработку почвы на 25-35 см. Комкодробитель, установленный на долоте с возможностью перемещения, производит крошение клинового пласта, образуемого правым и левым лемешными лезвиями. Установленная за долотом упорная плита, двигаясь в почве, обеспечивает упор рабочего органа в пласт и исключает возможность его разворота. Рыхлитель для мелкой обработки почвы, смонтированный в верхней части стойки под углом = 15…20° к горизонтальной плоскости, обеспечивает рыхление пласта на глубину 12-16 см. Принятый диапазон угла отвечает требованиям, предъявляемым к послойной безотвальной обработке почвы. Меньший угол не обеспечивает необходимое крошение пласта, а больший не способствует заглублению рабочего органа. Крепление рыхлителя с возможностью замены позволяет использовать различные варианты рыхлителей без особых трудозатрат. Полная схема предлагаемого рабочего органа приведена на рис. 2 [6]. Применение рабочего органа с криволинейным рыхлителем позволит улучшить безотвальную обработку почвы непосредственно в зоне растительных остатков благодаря осуществлению послойной мелкой (до 16 см) обработки в этой зоне и глубокого рыхления долотом (25-35 см). Обеспечивается рыхление различных по плотности и структурному составу слоев почвы, что позволяет влаге в засушливых условиях накапливаться внутри пласта и перемещаться под влиянием термодиффузионных процессов в область залегания корневой системы растений [7, 8]. Выводы Чизельный рабочий орган необходимо оснащать элементом для мелкой обработки почвы с целью улучшения качества рыхления. Преимущество рабочих органов с криволинейной режущей кромкой - увеличенная высота обрабатываемого слоя до 4 см за счет угла установки и за счет кривизны режущей кромки по сравнению с лаповыми до 2 см.

About the authors

I. V Bozhko

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

Email: i.v.bozhko@mail.ru
PhD in Engineering Zernograd, Russia

G. G Parkhomenko

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

PhD in Engineering Zernograd, Russia

A. V Gromakov

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

PhD in Engineering Zernograd, Russia

S. I Kambulov

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

DSc in Engineering Zernograd, Russia

V. B Rykov

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

DSc in Engineering Zernograd, Russia

References

Supplementary files