Working body for loosening the soil in a row between bushes of berry crops

Full Text

Введение Из литературных источников известно, что технологии по уходу за ягодными плантациями предусматривают использование ручного труда (мотыжение) для обработки почвы между кустами ягодных культур первые три-четыре года после посадки [1]. Система производства, переработки и доведения до потребителя ягод в нечерноземной зоне России [2] в технологической карте по уходу за черной смородиной в 1-й и 2-й год вегетации предусматривает в качестве работ по обработке почвы трехкратное мотыжение в рядах вручную. Этот вид работ предусмотрен также при уходе за малиной, как до плодоношения, так и за плодоносящей плантацией, при уходе за крыжовником 1-3-го года вегетации. Аналогично селекционер по ягодным культурам Ильин В.С. в своей книге о смородине рекомендует мотыжение в рядках [3]. Если технология предусматривает моты-жение в рядках вручную, то, соответственно, машин для этой технологической операции нет или они есть, но дорогостоящие западные аналоги. Многих фермеров отсутствие механизированного ухода за почвой в рядке до плодоношения останавливает от посадки и производства ягод. Особенно в первые годы посадки сорняки сильно угнетают молодые насаждения, и большая их часть может погибнуть. Цель исследования Целью исследования является разработка схемы рабочего органа для рыхления почвы в рядке между кустами ягодных культур на основе усовершенствованного механизма доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений. Материалы и методы Известны приспособления к рабочим органам культиваторов для одновременной межкустовой обработки почвы с установленными на вертикальных поворотных валах рыхлителей почвы с промежуточными гидроцилиндром и пружинным компенсатором, управляемых рычажными щупами [4, 5]. Однако такие приспособления достаточно сложны конструктивно и в управлении автоматов переключений. Механизмом доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений включает гидроцилиндр. Плавность хода штока гидроцилиндра зависит от многих факторов: износа гидрораспределителя, оборотов двигателя и времени реакции автоматов управления. Ягодные плантации характеризуются шириной междурядья и расстоянием между кустами растений в рядке. Почва в рядке между кустами растений характеризуется двумя зонами: зоной, в которой почва должна обрабатываться, и защитной зоной, в которой почва не должна обрабатываться. Для последующих рассуждений расстояние между кустами растений в рядке обозначим через L, защитную зону в рядке - через z и зону обработки почвы в рядке - через b (рис. 1). Расстояние между кустами ягодных культур и защитная зона задаются агротехническими требованиями [2]. Соответственно, зона обработки почвы в рядке или длина обработки почвы рыхлителем почвы, например рыхлительным зубом, -b = L - z . При движении почвообрабатывающего агрегата по междурядьям ягодных культур рабочий орган для обработки почвы в рядке, например рыхлительный зуб, должен, периодически меняя траекторию движения, плавно заходить (въезжать) в пространство между кустами, обработать почву в зоне обработки - b и выходить (выезжать). Наиболее близко такую траекторию доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений в рядке описывает циклоида (рис. 1). Циклоида [6] определяется кинематически как траектория фиксированной точки производящей окружности радиуса r, катящейся без скольжения по прямой. Ось Ох совпадает с прямой, по которой катится производящая циклоиду окружность. Уравнение циклоиды в параметрической форме: ix = r ф- r sin ф [ y = r - r cos ф где r - радиус циклоиды; ф - угол поворота производящей окружности. Расстояние между кустами ягодных культур в рядке приравниваем к длине окружности циклоиды: L = 2%r . r = - Тогда радиус производящей окружности, или радиус циклоиды, при заданном расстоянии между кустами ягодных культур: L_ 2% В зоне обработки почвы b рабочий орган -рыхлительный зуб - должен не только заходить и выходить в пространство между кустами ягодных растений, но и обработать, взрыхлить почву между защитными зонами кустов. Этому требованию соответствует траектория удлиненной циклоиды. Кривая [6], которую описывает точка, закрепленная вне производящей окружности, называется удлиненной циклоидой (рис. 2). Уравнение удлиненной циклоиды в параметрической форме: (1) Г x = ГФ- R sin ф [ y = r - R cos ф где R - радиус вращения точки, закрепленной вне производящей окружности. Для качественной обработки почвы между кустами растений в рядке ширина петли удлиненной циклоиды должна соответствовать длине участка обработки в зоне обработки почвы b. Исходя из этого определим радиус вращения рыхлительного зуба. Минимальный радиус вращения должен быть больше защитной зоны z. Защитная зона по мере роста и развития растений увеличивается по агротехническим требованиям, т.к. увеличиваются размеры куста и корневой системы растений. (2) При движении производящей окружности циклоиды в направлении оси Ох, рых-лительный зуб, закрепленный вне производящей окружности, вращаясь с радиусом R, перемещается противоходом из точки А в точку максимального удаления В. Проекция этого участка петли на ось Ох равна половине длины ширины петли удлиненной циклоиды. В точке В производная dx/йф равняется нулю. Угол поворота производящей окружности ф1, соответствующий этому положению, определяется из соотношения: и ф1 = arccos dx / dф = r-R cos ф1 = 0, r R 11 R Сопоставляя выражения (1) и (2), видим, что нулевому значению производной dx/dф в точке B соответствует нулевое значение ординаты yB = 0. При пересечении траектории рыхли-тельного зуба с осью Ох производная dx/dф изменит свой знак. Точка В находится на оси Ох на прямой, по которой катится производящая циклоиду окружность. Соответственно, максимальная ширина петли удлиненной циклоиды находится на прямой, по которой катится производящая удлиненную циклоиду окружность. При этом половина получившейся ширины петли удлиненной циклоиды равна: ( r xB = ГФ1 - R cos ф1 = r -I arccos R -1 Тогда длина участка обработки рыхлитель-ным зубом будет равна максимальной ширине петли удлиненной циклоиды: f r b = 2xB = 2r -1 arccos--- 1 ^ R На рис. 3 представлена графическая зависимость ширины петли удлиненной циклоиды (длины участка обработки) от радиуса вращения R рыхлительного зуба для циклоиды с радиусом r, соответствующим расстоянию между кустами ягодных культур в рядке L = 1 м. Схема рабочего органа для рыхления почвы в рядке между кустами ягодных культур с усо3 < ш о X 3 < ш DQ О X вершенствованным механизмом доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений представляет собой вертикальную фрезу с одной ассиметричной лопастью (рис. 4). При размещении растений ягодных культур в рядке на расстоянии друг от друга в один метр защитная зона в первый год посадки около растения составляет 0,3-0,4 м. Соответственно, для обработки почвы между кустами растений длиной, равной зоне обработки b = 0,6-0,7 м, выбираем радиус вращения крайнего рыхлительного зуба R = 0,55-0,58 м. На ассиметричной лопасти рабочего органа расположены рыхлительные зубья. Радиус крайнего от оси вращения лопасти рыхлитель-ного зуба равна выбранному (рис. 4) значению R. Расстояние между соседними зубьями, согласно рекомендациям Босого Е.С. [7], -80 мм для зубовых борон. Вращение асимметричной лопасти рабочего органа передается от приводного колеса. Передаточное число от приводного колеса к валу ассиметричной лопасти рабочего органа: i r где Rk - радиус приводного колеса; r - радиус производящей циклоиду окружности. При движении рабочего органа вдоль рядка ягодных культур рыхлительные зубья, двигаясь по траектории удлиненной циклоиды, плавно входят в пространство между кустами растений и взрыхляют почву в зоне обработки. Разработанная схема рабочего органа, с вертикальной ассиметричной лопастью доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений в рядке, может быть использована для разработки рабочих органов для обработки почвы между растениями в рядке не только садовых культур, но и пропашных культур (кукуруза, свекла). Заключение Разработана схема рабочего органа для рыхления почвы в рядке между кустами ягодных культур с усовершенствованным механизмом доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений вертикальной фрезой с асимметричной лопастью. Для выбора радиуса вращения крайнего рыхлительного зуба асимметричной лопасти представлена графическая зависимость ширины петли удлиненной циклоиды от радиуса вращения рыхлительно-го зуба рабочего органа, исходя из расстояния между кустами ягодных культур в рядке.

About the authors

O. V Gordeev

South Ural Scientific Research Institute of Horticulture and Potato Cultivation

Email: valentin.gordeev.92@mail.ru
DSc in Engineering

V. O Gordeev

South Ural Scientific Research Institute of Horticulture and Potato Cultivation

Email: valentin.gordeev.92@mail.ru

References

Supplementary files