Improving the design of the working body for layer-by-layer tillage

Full Text

Введение Обработка почвы является основной операцией по подготовке к возделыванию сельскохозяйственных культур. Послойная безотвальная обработка занимает одну из наиболее значимых операций, проводимых при подготовке почвы. Это подтверждается тем, что послойная обработка способствует накоплению влаги внутри пласта почвы, разделению пласта по слоям, снижению эрозии почв. Но, несмотря на все преимущества этого технологического процесса, он имеет ряд недостатков. В частности, конструктивные особенности применяемых рабочих органов, а именно: - отсутствие многооперационности - выполнение одной операции за один проход агрегата; - несовершенство конструкции в области сочетания мелкого и глубокого рыхления; - сниженная ремонтопригодность основных элементов рабочих органов. Проведенные исследования в ФГБНУ «АНЦ «Донской» (ранее - СКНИИМЭСХ) позволили установить, что по перечисленным критериям рабочие органы машин для безотвальной обработки почвы нуждаются в доработке. Цель исследований Совершенствование конструкции основных элементов рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы. Материалы и методы В статье использованы методы анализа и синтеза существующих конструкций рабочих органов, а также моделирования, основанные на проведенных ранее исследованиях [1, 2, 3, 4, 5, 6]. По материалам исследований [7] И.В. Божко агротехнической и энергетической оценки было установлено, что рабочий орган для послойной безотвальной обработки почвы качественно выполняет технологический процесс. Но следует отметить, что конструкция рабочего органа несовершенна с точки зрения ремонтопригодности, так как при износе основных элементов для мелкого и глубокого рыхления потребуется замена полностью всего рабочего органа. В ФГБНУ «АНЦ «Донской» (ранее - СКНИИМЭСХ) была разработана конструкция рабочего органа (рис. 1) [8]. Данная конструкция включает в себя стойку 1, на которой установлены левое лемешное лезвие 2, выполненное в форме циклоиды, и правое лемешное лезвие 3. В нижней части стойки 1 установлено долото 4 на котором закреплен, с возможностью перемещения, комкодробитель 5. За долотом 4 установлена упорная плита 6. В верхней части стойки 1 под углом к горизонтальной плоскости установлен рыхлитель 7 для мелкой обработки почвы. Особенностью разработанной конструкции является возможность замены по мере износа практически всех основных элементов, что в свою очередь указывает на высокий уровень износостойкости разработанной конструкции и на существенное снижение трудозатрат при ее обслуживании. Основные элементы рабочего органа могут быть выполнены с различными углами заточки режущей кромки для различных условий земледелия страны. Помимо плоскорезного рыхлителя для мелкой обработки почвы (рис. 2, а) в конструкции рабочего органа предусмотрено использование криволинейного рыхлителя (в форме эллипса) (рис. 2, б). Также предусмотрена возможность использования на основных элементах сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых (СВМП) вставок либо полного замещения металлических изделий их СВМП аналогами, а именно: СВМП вставка используется на долоте 4, а полностью замещаются такие элементы как комкодробитель 5, упорная плита 6 и элемент для мелкой обработки почвы 7 (рыхлитель) (рис. 2, в). Методика проведения экспериментальных исследований предусматривала сравнение различных компоновок основных элементов рабочего органа: с плоскорезным рыхлителем для мелкой обработки почвы, с криволинейным рыхлителем и с использованием СВМП вставок. В качестве МЭС использовался трактор Т-150К. Исследования проводились при движении агрегата «туда» и «обратно», то есть в двух повторностях. Допустимая скорость исследований - 7-11 км/ч, из указанного диапазона выбирали три скорости. На опытном участке забивали вешки через 100 м, с учетом длины участка для разгона трактора 10 м. Блок-схема измерительного комплекса и тензометрическое звено для снятия показаний тягового сопротивления представлены на рис. 3. Результаты и обсуждение Данные результатов однофакторных экспериментов по определению наименьшего тягового сопротивления при функционировании рабочего органа с одинаковыми параметрами и условиями представлены на рис. 4-6. Математическое ожидание массивов тягового сопротивления опытов (М) для рабочего органа с плоскорежущим рыхлителем составило 9,3 кН (рис. 4), для рабочего органа с криволинейным рыхлителем - 8,04 кН (рис. 5), для рабочего органа с СВМП-вставками - 7,6 кН (рис. 6). Экспериментальные исследования показателей тягового сопротивления в различных вариантах комбинации основных элементов показали, что в равных условиях наименьшее тяговое сопротивление отмечается при функционировании рабочего органа с использованием СВМП-вставок (рис. 7). Рис. 7. Сравнение тягового сопротивления вариантов рабочего органа при одинаковых режимах и в равных условиях функционирования Выводы В результате проведенных исследований было установлено, что тяговое сопротивление рабочего органа с использованием в конструкции плоскорезного рыхлителя составляет 9,30 кН, с криволинейным рыхлителем - 8,04 кН, что на 13,56 % ниже по сравнению с плоскорезом. С использованием СВМП-вставок отмечено снижение тягового сопротивления до 7,6 кН, что на 18,28 % ниже по сравнению с плоскорезным рыхлителем. Предлагаемая конструкция позволяет производить послойную безотвальную обработку почвы, осуществляя одновременно глубокую 25-35 см - и мелкую 12-16 см - обработку почвы, а также позволяет получить выровненный фон поля после прохода агрегата. Рис. 1. Комбинированный рабочий орган для послойной безотвальной обработки почвы: 1 - стойка; 2 - левое лемешное лезвие; 3 - правое лемешное лезвие; 4 - долото; 5 - комкодробитель; 6 - упорная плита; 7 - элемент для мелкой обработки почвы (рыхлитель) а б в Рис. 2. Основные взаимозаменяемые элементы конструкции рабочего органа Рис. 3. Блок-схема измерительного комплекса и тензометрическое звено: 1 - экспериментальная установка для испытаний рабочих органов; 2 - рабочий орган; 3 - тензометрическое звено; 4 - датчики ускорений; 5 - усилитель ТДА; 6 - плата сопряжения; 7 - ПК Рис. 4. Фрагмент реализации процесса изменения тягового сопротивления (рабочий орган с плоскорежущим рыхлителем) Рис. 5. Фрагмент реализации процесса изменения тягового сопротивления (рабочий орган с криволинейным рыхлителем) Рис. 6. Фрагмент реализации процесса изменения тягового сопротивления (рабочий орган с СВМП-вставками)

About the authors

I. V Bozhko

Federal State Budgetary Institution «Agrarian Scientific Center «Donskoy»

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

G. G Parhomenko

Federal State Budgetary Institution «Agrarian Scientific Center «Donskoy»

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

S. I Kambulov

Federal State Budgetary Institution «Agrarian Scientific Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru
DSc in Engineering

References

Supplementary files