Почвообрабатывающий агрегат для подсобных хозяйств

Полный текст

Обоснование

Определение крестьянского (фермерского) хозяйства дано в Федеральном законе №74-ФЗ от 11.06.2003 и представляет собой объединение граждан, связанных родством или общей собственностью и совместно осуществляющих производственную или иную хозяйственную деятельность (производство, переработку, хранение, транспортировку и реализацию сельскохозяйственной продукции), основанную на личном подсобном хозяйстве [1].

В условиях рыночной экономики фермерские хозяйства представляют собой основную альтернативу развития села [2]. Их отличительной чертой является возделывание небольших участков земли, расположенных вблизи от жилья и предназначенных для выращивания овощей, фруктов, ягод и других культурных растений. Владельцы (фермеры) этих участков производят необходимый уход для повышения и сохранения урожая: обработка почвы, ее удобрение, борьба с вредителями и т.д.

Одним из основных фактором получения хорошего урожая является правильная обработка почвы. Обработка почвы обеспечивает растениям необходимый тепловой и водно-воздушный режим [3], снижает риск заражения болезнями посевного слоя [4] и уничтожает сорную растительность [5].

Использование современных технологий предусматривает использование различного рода транспортно-технологических средств и комплексов, одним из негативных воздействий которых является уплотняющее воздействие их движителей на почву [6]. Для снижения уплотняющего воздействия на почву необходимо уменьшить количество проходов техники по посевной площадки за счет использования комбинированных агрегатов, позволяющих совмещать сразу несколько операций за один проход [7].

Учитывая небольшие, как правило, размеры фермерских хозяйств, для механизации процессов при возделывании сельскохозяйственных культур рекомендуется использовать малогабаритные энергетические средства [8].

Цель

Разработать малогабаритное тягово-транспортное средство для основной обработки почвы в условиях малых подсобных хозяйств и определить его тяговые показатели

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Основная обработка почвы при возделывании сельскохозяйственных культур должна включать в себя операцию фрезерования и дополнительное крошение пласта с измельчением корневой части сорной органики посредством дисковых рабочих органов [9, 10]. Для обработки почвы в малых фермерских хозяйствах нами предложен малогабаритный агрегат (Рис. 1).

В качестве основного транспортного средства предлагается использовать прицеп 2, на котором расположено подрессоренное сидение оператора 9 и все необходимые рычаги управления 8 (руль, рычаг сцепления и рычаг переключения передач). Впереди прицепа, с помощью кронштейна 4, крепится подмоторная рама 1 от мотоблока, на которой размещен двигатель от мотоцикла Восход-3М с коробкой передач 6 и топливным баком 7. Сзади прицепа посредством кронштейна 5 крепится заднее рабочее орудие, представляющее собой дисковую батарею 3.

При выполнении операции фрезерования и обработки дисковыми рабочими органами (после уборки предшествующих культур) колеса мотоблока снимаются и вместо них монтируются фрезерные рабочие органы 10. После проверки работы двигателя (на холостом ходу) включают первую передачу и фиксируют рычаг сцепления. После чего вращение передается от коробки переключения передач через трансмиссию к рабочему валу с закрепленными на нем почвообратывающими фрезами 10. Колеса прицепа 11 фиксируются на высоте согласно глубине обработки дисковой батареей 3.

В результате фрезерования почвы осуществляется интенсивное рыхление и перемешивание плодородного слоя. Дополнительно вращение фрезы 10 обеспечивает перемещение агрегата вместе с прицепом 2 и блоком дисковой батареи 3. Диски 3 дополнительно разрезают и измельчают корневую часть сорной органики [11, 12].

В настоящее время наиболее широкое распространение получили фрезерные рабочие органы с горизонтальной осью вращения [13]. Возможность вращения рабочих органов от механизма привода, даёт нам право рассматривать их как активные роторные рабочие органы. В исследуемом агрегате, отрезание почвенной стружки ножом фрезы начинается от поверхности поля, что соответствует прямому вращению ротора. Для рационального использования ротационных рабочих органов, необходимо определить параметры, влияющие на энергоемкость агрегата [14].

Параметры дисковых рабочих органов и отрезаемого ими пласта почвы оказывают непосредственное влияние на качественные и энергетические показатели при обработке почвы [15]. Поэтому необходимо определить наиболее рациональные параметры разработанного агрегата для обеспечения наименьших энергозатрат при выполнении необходимых работ по обработке почвы.

Результаты исследования

Определим тяговое сопротивление на фрезерных рабочих органах. Мощность фрезерного агрегата затрачивается на: преодоление постоянных сопротивлений , на отрезание почвенных стружек  и на отбрасывание почвы

Мощность постоянных сопротивлений включает в себя потери в системе привода ротационного механизма и равна  кВт. Мощность на отрезание почвенных стружек определяется [16]

где  – скорость движения фрезерного агрегата (для ручной мототехники  м/с);  м – длина дуги резания, зависящая от кинематических параметров фрезы (угла начала резания и высоты гребня в поперечной плоскости);  – число фрез в стандартном исполнении агрегата;  кН/м – удельное сопротивление почвы резанию;  м – толщина почвенной стружки;  м – длина лезвия крыла ножа;  кПа – удельное сопротивление почвы деформации;  м³ – проекция лезвия ножа на фронтальную плоскость;  м – путь, пройденный фрезой от момента начала резания первым ножом диска фрезы до момента начала резания вторым ножом.

Мощность на отбрасывание почвы равна

где  Н/м³ – плотность обрабатываемого пласта почвы;  м – ширина захвата ротора;  м – глубина обработки;  – коэффициент отбрасывания почвы;  – кинематический параметр ротора.

С другой стороны мощность определяется усилием сопротивления фрезы  (Н):

что позволяет получить выражение для расчета силы сопротивления фрезы

Согласно формуле (5) сила сопротивления на фрезе  зависит от скорости движения агрегата  и глубины обработки почвы  (Рис. 2).

Данная зависимость  легко описывается полиномом второй степени (Рис. 3)

Тяговое сопротивление дискового почвообрабатывающего рабочего органа зависит в основном от его геометрических параметров [17]

где  Н – вес дисковой бороны;  – коэффициент;  – задний угол резания;  – угол скоса лезвия с направлением движения;  – коэффициент трения;  – глубина обработки почвы;  м – ширина почвенного пласта;  кН/м – коэффициент сопротивления почвы;  – коэффициент скоростного сопротивления, зависящий от свойств почвы и геометрической формы поверхностей рабочих органов;  – поступательная скорость;  м – длина почвенного пласта;  Н/м³ – объемный вес почвы;  – угол крошения;  м/с² – ускорение свободного падения.

Cила сопротивления почвы на дисковом рабочем органе практически не зависит от скорости движения (Рис. 4).

Тогда суммарное тяговое сопротивление агрегата  определяется [18]

где  Н – вес агрегата.

Зависимость суммарного тягового сопротивления от скорости движения агрегата  представлена на Рис. 5

Зависимость тягового сопротивления агрегата от скорости движения и глубины обработки может быть описана полиномом второй степени (Рис. 6)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований на базе мотоблока было разработано малогабаритное транспортное средство для механизации основных сельскохозяйственных операций для обработки в малых фермерских хозяйствах. Данный агрегат позволяет проводить основную обработку почвы путем фрезерования с одновременным разрыхлением дисковыми рабочими органами.

Дополнительно проведен тягово-мощностной расчет, позволяющий определить требуемую мощность в зависимости от скорости движения агрегата и глубины обработки почвы.

Об авторах

Борис Федорович Тарасенко

Кубанский государственный аграрный университет

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

доцент, доктор технических наук, 

профессор кафедры «Тракторы, автомобили и техническая механика»

Россия, 350044, Краснодар, ул. Калинина, 13

Виктор Александрович Дробот

Кубанский государственный аграрный университет

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

Доцент, кандидат технических наук,

Заведующий кафедры «Сопротивление материалов»

350044, г.Краснодар, ул. Калинина, 13

Эрик Хавьяримана

Кубанский государственный аграрный университет

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

аспирант кафедры «Тракторы, автомобили и техническая механика»;

Бурунди, 350044, г.Краснодар, ул. Калинина, 13

Ирина Павловна Трояновская

Южно-Уральский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tripav63@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2763-0515
SPIN-код: 6845-7532

профессор, доктор технических наук,

профессор кафедры Тракторы сельскохозяйственные машины и земледелие

 

Россия, 457103, г. Троицк, ул. Гагарина, 13

Сергей Александрович Войнаш

Казанский федеральный университет

Email: sergey_voi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5239-9883
SPIN-код: 9532-4604

младший научный сотрудник;

Исследовательская лаборатория интеллектуальной мобильности;

Россия, 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д.18

Александра Александровна Ореховская

Белгородский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина

Email: orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8149-7191

кандидат сельскохозяйственных наук,

начальник отдела по работе с грантами и НОЦ

Россия, 308503, п. Майский, ул. Вавилова, 1

Список литературы

Дополнительные файлы