Improvement of construction of a chisel plow

Full Text

Введение Чизельные плуги (плуги-глубокорыхлители, чизели, рыхлители) - разнообразная группа почвообрабатывающих орудий, выпускаемых как в нашей стране (ОАО «Новопокровскферммаш», ОАО «Светлоградагромаш», ООО «БДМ Агро», ЗАО ПТФК «Технотрон», ЗАО «Апшеронский завод «Лессельмаш», ОАО «Крестьянский дом», ОАО «Новатор», ЗАО «РТП «Зерноградское», ООО «ТАГСМА» и др.), так и за рубежом (Kongskilde, Швеция; Rabe, Франция; Maschio Gaspardo, Италия; UNIA group и др.). Они могут значительно различаться по конструкционным схемам и технологическим параметрам. При обработке почвы на глубину более 40 см долота рабочих органов работают в условиях блокированного резания, что существенно увеличивает энергоемкость процесса и снижает общую производительность агрегата, особенно при рыхлении тяжелых почв [1]. В связи с этим среди отечественных чизельных плугов широкое распространение получили орудия с рабочими органами типа paraplow, предназначенные для обработки почвы на глубину до 45 см. Причем на сегодняшний день классическим можно считать их стреловидное расположение на раме (рис. 1), что несколько увеличивает металлоемкость орудия, но при этом снижает энергоемкость операции. Однако такая компоновка рабочих органов способствует образованию зоны рыхления почвенного пласта, односторонней относительно стойки (рис. 2, а), за счет чего подведенная энергия затрачивается не только на вертикальное подрывание пласта, но и на горизонтальное смещение. Это приводит к уменьшению воздействия на почву и, как следствие, к снижению интенсивности рыхления. Цель исследования Цель представленного исследования - разработка и обоснование усовершенствованной конструкции чизельных плугов-глубокорыхлителей, позволяющей повысить качество обработки почвы в сравнении с орудиями-аналогами. Материалы и методы Эффективность рыхления обрабатываемого пласта почвы может быть повышена за счет парного расположения рабочих органов правого и левого гиба в одной поперечной плоскости таким образом, чтобы их рабочие поверхности А (рис. 2, б) были обращены друг к другу [2]. На рис. 3 представлена теоретическая зависимость относительного приращения mh подъема пласта от глубины обработки почвы а, м, за счет парного совместного расположения рабочих органов чизельного плуга. Зависимость получена с предположением, что объем вытесненной рабочим органом почвы прямо пропорционален площади его лобовой проекции. Из данных рис. 3 видно, что парное расположение рабочих органов способствует повышению подрывания обрабатываемого пласта почвы, величина приращения mh которого пропорциональна глубине а обработки и обратно пропорциональна фронтальному шагу М расстановки рабочих органов [2]. Помимо более интенсивного рыхления пласта предложенная схема чизельного плуга способствует повышению эффективности использования получаемой от трактора энергии. Традиционно КПД чизеля определяют по аналогии с КПД отвального плуга с использованием рациональной формулы В.П. Горячкина [1]. При этом не учитывается, что часть возделываемого пласта при проходе смежных рабочих органов обрабатывается повторно (площадь Fп на рис. 4) [3]. Зависимости коэффициентов , учитывающих повторность обработки части пласта чизельными плугами с классической стреловидной и предложенной парной расстановками рабочих органов, от глубины обработки почвы а представлены на рис. 5. Данные рис. 5 несколько упрощены, тем не менее они позволяют заключить, что применение поперечных пар рабочих органов чизельного плуга способствует существенному повышению КПД его технологического процесса, причем с увеличением глубины обработки почвы эффективность применения орудия усовершенствованной конструкции возрастает. Кроме того, более рациональное использование энергии при глубоком безотвальном рыхлении почвы может быть достигнуто за счет размещения рабочих органов на раме орудия попарно не только в поперечном, но и в продольном направлении таким образом, чтобы их стойки последовательно располагались в одной продольно-вертикальной плоскости (рис. 6). Благодаря этому задний рабочий орган будет двигаться по открытой борозде, что способствует снижению затрат энергии на разрушение верхнего задернелого слоя почвы и сокращению количества открываемых борозд. Это позволит повысить сохранность стерни, снизить потери почвенной влаги через борозды и обеспечить более выровненную поверхность поля. Чизельный плуг-глубокорыхлитель с предложенной компоновкой рабочих органов (рис. 7) спроектирован в Азово-Черноморском инженерном институте Донского ГАУ (г. Зерноград) и изготовлен ООО «ТАГСМА» (г. Таганрог). Предложенная конструкция рыхлителя защищена патентом на изобретение [4]. Оригинальность и перспективность орудия подтверждены медалями престижных международных выставок «Золотая осень-2015» (г. Москва) и «Интерагромаш-2015» (г. Ростов-на-Дону). Опытный образец плуга-глубокорыхлителя прошел испытания на Северо-Кавказской МИС, по результатам которых был рекомендован к внедрению [5]. Результаты и их обсуждение В таблице представлены отдельные показатели работы предложенного рыхлителя РВН-3 и усредненные показатели работы других орудий для основной обработки почвы, также полученные на основании данных протоколов МИС [6]. Показатели работы сравниваемых орудий для основной обработки почвы Показатели Рабочая скорость Vp, км/ч Ширина захвата Вр, м Глубина обработки аср, см Крошение почвы, % Гребнистость поверхности поля, см Производительность за час основного времени Wo, га/ч Удельный расход топлива qуд, кг/га Удельная масса mуд, кг/м Средние для используемых лемешных плугов 8,1 2,2 23,7 80,7 4,6 1,75 15,9 714,1 Средние для используемых глубокорыхлителей 7,2 3,6 36,9 76,3 5,1 2,5 17,3 482,9 Рыхлитель РВН-3 8,1 3,1 45 98 1,9 2,51 12,6 461,3 Из данных таблицы видно, что даже при максимальной глубине обработки почвы (45 см) предложенный рыхлитель РВН-3 обеспечивает высокую производительность пахотного агрегата. При этом удельный расход топлива на 3,6-4,7 кг/га меньше, чем у аналогов. Качество обработки почвы рыхлителем РВН-3 превосходит показатели работы аналогов: крошение почвы выше на 17-21%, а гребнистость поверхности поля ниже на 2,7-3,2 см. Выводы В целом можно заключить, что предложенная конструкция рыхлителя обладает следующими преимуществами. 1. Под воздействием поперечных пар рабочих органов почвенный пласт крошится и деформируется интенсивнее примерно на 21% по сравнению с орудиями-аналогами и примерно на 17% - с лемешными плугами. Интенсивное крошение почвы способствует формированию оптимального водо-воздушного режима: складываются условия для накопления влаги, проницаемости почвы воздухом и ее насыщения азотом. Кроме того, интенсификация рыхления почвы способствует нарушению ее контакта с корнями сорных растений, что провоцирует гибель корнеотпрысковых сорняков. 2. Уменьшение количества повторно обрабатываемых участков, а также движение заднего рабочего органа из продольной пары по открытой борозде позволяют снизить непроизводительные потери энергии, благодаря чему удельный расход топлива снижается на 20-27% в сравнении с аналогичным усредненным показателем для классических чизельных и лемешных плугов. 3. Парное продольное расположение рабочих органов позволяет снизить количество открываемых борозд, что способствует повышению сохранности стерни, снижению гребнистости и комковатости поверхности поля (в 2,4-2,7 раз по сравнению с аналогами), сокращению потерь влаги через открытые борозды. Увеличение фронтального расстояния между рядами стоек рабочих органов способствует уменьшению вероятности их забивания почвой и растительными остатками.

About the authors

V. V Shchirov

Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University

Engineer Zernograd, Russia

V. I Khizhnyak

Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University

PhD in Engineering Zernograd, Russia

A. Yu Nesmiyan

Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University

Email: nesmiyan.andrei@yandex.ru
PhD in Engineering Zernograd, Russia

E. I Khlystov

North Caucasus Machine-Testing Station

Email: mis1@mail.ru
Engineer Zernograd, Russia

A. P Bobryashov

North Caucasus Machine-Testing Station

Email: mis1@mail.ru
Engineer Zernograd, Russia

References

Supplementary files