Усовершенствованный рабочий орган для рыхления почвы в рядах ягодных культур

Полный текст

Введение Из литературных источников известно, что технологии по уходу за ягодными плантациями предусматривают ручной труд (мотыжение) для обработки почвы между кустами в рядах в первые три-четыре года после посадки [1, 2, 3]. Отсутствие механизированного ухода за почвой в рядах ягодных культур до плодоношения останавливает многих фермеров от посадки и производства ягод. Особенно в первые годы посадки сорняки сильно угнетают молодые насаждения, и большая их часть может погибнуть. 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. Плавность хода штока гидроцилиндра зависит от многих факторов: износа гидрораспределителя, оборотов двигателя и времени реакции автоматов управления. В ФГБНУ «Южно-Уральский НИИ садоводства и картофелеводства» разработана схема рабочего органа для рыхления почвы в рядах ягодных культур, которая включает усовершенствованный механизм доставки рыхлителя почвы в пространство между кустами растений [6]. При движении рабочего органа вдоль рядка ягодных культур рыхлительные зубья, двигаясь по траектории удлиненной циклоиды, плавно входят в пространство между кустами растений, взрыхляют почву в зоне обработки и плавно выходят обратно. Расстояние между кустами в рядах l приравнено длине, производящей циклоиду окружности , (1) где r - радиус, производящей циклоиду, окружности. Приведена зависимость ширины петли удлиненной циклоиды d от радиуса , (2) где d - ширина петли удлиненной циклоиды; R - радиус удлиненной циклоиды (радиус рыхлительного зуба, двигающегося по траектории удлиненной циклоиды). Исходя из ширины петли удлиненной циклоиды, равной ширине участка обработки между кустами в рядах, по графику зависимости определяют необходимый радиус вращения рыхлительного зуба. Цель исследований Усовершенствование схемы рабочего органа для рыхления почвы в рядах ягодных культур. Методы и средства проведения исследований В институте на базе производственной лаборатории по разработанной схеме была изготовлена экспериментальная установка с приспособлением для межкустовой обработки почвы (рис. 1). Рис. 1. Экспериментальная установка приспособления для межкустовой обработки почвы в рядах ягодных культур Приспособление включает: раму 1, опорные колеса 2, вертикальный вал 3, к нижней части которого присоединена ассиметричная горизонтальная лопасть 4 с почворыхлителями 5, в верхней части вертикального вала установлена ведомая звездочка, а на опорном колесе ведущая приводная звездочка 6. В 2017 г. проведены предварительные испытания и исследования экспериментальной установки. На приспособление получен патент РФ на полезную модель № 177760 «Приспособление для межкустовой обработки почвы» [7]. По результатам предварительных испытаний было установлено, что рабочий орган с длиной ассиметричный лопасти более 0,5 м на ровной поверхности описывает траекторию удлиненной циклоиды с расчетными параметрами, но плохо или совсем не работает на неровной поверхности почвы в рядах садовых культур. Исходя из этих соображений максимальный радиус вращения рыхлительного зуба Rmax ≤ 0,5 м. Для обоснования минимального радиуса вращения рыхлительного зуба рассмотрим основные агротехнические требования к ягодным плантациям. Это ширина междурядья и расстояние между кустами растений l в рядах (рис. 2). Почва в рядах между кустами растений характеризуется зоной обработки b и защитной зоной z, в которой почва не должна обрабатываться из-за неглубокого залегания корней ягодных кустарников 3. Соответственно, b = l - z. Рис. 2. Параметры рядка ягодных плантаций В целях исключения травмирования кустов при обработке почвы траектория оси вращения рыхлительного зуба должна проходить по линии 1 (рис. 2) при движении в одном направлении и по линии 2 - при движении в обратном направлении. Отсюда минимальный радиус вращения рыхлительного зуба не должен быть меньше половины величины защитной зоны z: . В первый год посадки защитная зона около растения составляет 0,3-0,4 м. Соответственно, минимальный радиус вращения рыхлительного зуба Rmin = 0,15-0,20 м. В этом случае ширина петли удлиненной циклоиды будет намного меньше ширины участка обработки почвы. Т.е. для обработки всего участка b необходимо, чтобы несколько рыхлительных зубьев с одинаковым радиусом вращения R совершали последовательные движения по траектории удлиненной циклоиды. К тому же, обработка почвы в рядках между кустами за два прохода не целесообразна и соответственно не эффективна. Для обработки почвы в зоне обработки b между линиями 1 и 2 (рис. 2) за один проход в одном направлении радиус вращения рыхлительного зуба должен быть равным (или больше) ширине защитной зоны. На рис. 3 представлены траектории движения рыхлительных зубьев с разными радиусами вращения. Траектория 1 соответствует радиусу вращения, при котором ширина петли удлиненной циклоиды равна ширине участка обработки b. Траектории 2 - последовательные траектории рыхлительных зубьев с одинаковыми радиусами вращения R, равными (или больше) величине защитной зоны z. Для обработки всего участка зоны b усовершенствованным рабочим органом с траекториями рыхлительных зубьев, соответствующими траекториям 2 (рис. 2), необходимо, чтобы рыхлительные зубья находились на дуге окружности кругового сектора с радиусом R на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Для определения величины угловой меры дуги кругового сектора, где должны располагаться рыхлительные зубья, рассмотрим крайние петли удлиненной циклоиды на участке обработки b (рис. 3). Рис. 3. Траектории рыхлительных зубьев с разными радиусами вращения Из рис. 3 видно, что длина участка обработки складывается из трех отдельных участков: , где l′ - длина дуги производящей циклоиду окружности. Отсюда l′ = b - d и, соответственно, угловая мера кругового сектора в градусах равна . Для определения количества рыхлительных зуьев, необходимых для размещения на дуге кругового сектора с угловой мерой α и радиусом R, рассмотрим соотношение ширины петли удлиненной циклоиды d и длины участка обраотки b в зависимости от расстояния между кустами l. Из выражения (1) имеем радиус производящей циклоиду окружности . (3) Тогда ширина петли удлиненной циклоиды с учетом выражений (2) и (3) равна . Из литературных источников известно, что расстояние между кустами в рядах ягодных культур может варьировать от 0,7 до 1,7 м в зависимости от культуры и сорта (габитус куста) [2, 3]. На рис. 4 представлена зависимость длины участка обработки линия 1 и ширины петли удлиненной циклоиды линия 2 от расстояния между кустами в рядах ягодных культур. Из рисунка видно, что с увеличением расстояния между кустами l и, соответственно, длины участка обработки b уменьшается ширина петли удлиненной циклоиды d. При l = 0,7 м ширина петли удлиненной циклоиды равна длине участка обработки (d = 039 м, b = 0,4 м). Соответственно, достаточно иметь один рыхлительный зуб на дуге окружности с радиусом R, а остальные зубья расположить на линии радиуса с растоянием 80 мм друг от друга для качественного рыхления почвы. При l = 1,1 м, d = 0,24 м и b = 0,8 м, соответственно на дуге окружности необходимо расположить не менее трех рыхлительных зубьев. На рис. 5 представлена схема усовершенствованного рабочего органа для рыхления почвы между кустами в рядах ягодных культур. На дуге окружности 1 кругового сектора с радиусом R и угловой мерой α расположены в количестве трех единиц рыхлительные зубья 2. Для качественного рыхления почвы на линии радиусов на расстоянии 80 мм от них, согласно рекомендациям Е.С. Босого [8], расположены рыхлительные зубья 3 (также три единицы). Рис. 5. Схема усовершенствованного рабочего органа для рыхления почвы между кустами в рядах ягодных культур При движении рабочего органа вдоль рядка ягодных культур рыхлительные зубья, двигаясь последовательно по траектории удлиненной циклоиды, плавно входят в пространство между кустами растений и взрыхляют почву в зоне обработки за один проход. Заключение Разработана усовершенствованная схема рабочего органа для рыхления почвы в рядах между кустами ягодных культур. Представлена зависимость ширины петли удлиненной циклоиды и длины участка обработки почвы от расстояния между кустами растений для определения необходимого количества рыхлительных зубьев на дуге окружности кругового сектора. Получено выражение, определяющее угловую меру кругового сектора. Обоснованы минимальный и эффективный радиус вращения рыхлительных зубьев на дуге окружности кругового сектора. Рис. 4. Зависимость длины участка обработки b и ширины петли удлиненной циклоиды l от расстояния между кустами при R = 0,35 м

Об авторах

О. В Гордеев

Южно-Уральский научно-исследовательский институт садоводства и картофелеводства - филиал ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научноисследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»

Email: O.gordeev60@mail.ru
д.т.н.

В. О Гордеев

Южно-Уральский научно-исследовательский институт садоводства и картофелеводства - филиал ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научноисследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»

Email: O.gordeev60@mail.ru

Список литературы

Дополнительные файлы