Improved working tool for loosening the soil in the rows of berry crops

Full Text

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

About the authors

O. V Gordeev

South Ural Research Institute of Horticulture and Potato - branch «Ural Federal Agrarian Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»

Email: O.gordeev60@mail.ru
DSc in Engineering

V. O Gordeev

South Ural Research Institute of Horticulture and Potato - branch «Ural Federal Agrarian Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»

Email: O.gordeev60@mail.ru

References

Supplementary files