Оптимизация рабочего органа фрезы с вертикальной осью вращения

6. Belchenko S.A., Torikov V.E., Belous I.N. Tendentsii razvitiya kartofelevodstva bry-anskoy oblasti v 2015 godu / Belchenko S.A., Torikov V.E., Belous I.N. // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy selskohozyaystvennoy akademii. - 2015. - № 2-1. - S. 28-32.

7. Danilov, S.Yu. 12 lits Kanadyi / S.Yu. Danilov, A.I. Cherkasov. - Moskva: Myisl, 1987. - 300 s.

8. Lyisenkova, S.N. Razmeschenie i spetsializatsiya selskohozyaystvennogo proizvodstva v Bryanskoy oblasti / S.N. Lyisenkova, L.I. Bishutina //Innovatsionnyie podhodyi kformirovani-yu kontseptsii ekonomicheskogo rosta regiona: materialyi nauchno-prakticheskoy konferentsii. -Bryansk: BGSHA, 2013. - S. 92-95.

9. Maltsev, V.F. Sistema biologizatsii zemledeliya Nechernozemnoy zonyi Rossii / V.F. Maltsev. M.K. Kayumov, E. V. Prosyannikov i dr. -M.: FGNU «Rosinformagroteh», 2002. - 544 s.

10. Nesterenko, L.N. Mnogoukladnost agrarnogo sektora ekonomiki: problemyi i tendentsii razvitiya /L.N. Nesterenko, N.D. Ulyanova, A. V. Kubyishkina // Simvol nauki. 2015. - T. 1. - №3-1 (3). - S. 110-115.

11. Nehamkin, A.N. Naukoemkoe proizvodstvo: mehanizm razvitiya / A.N. Nehamkin // Ekonomist. - 1996. - S. 52-58.

12. Ozherelev, V.N. Obosnovanie napravleniy sotsialno-ekonomicheskogo razvitiya kres-tyanskih (fermerskih) hozyaystv / V.N. Ozherelev, M. V. Ozhereleva, N. V. Podo-bay. - Bryansk: Izd-vo Bryanskoy GSHA, 2013. - 164 s.

13. Ozherelev, V.N. Rezultatyi ispyitaniya kartofelesazhalki proraschennyih klubney / V.N. Ozherelev, F.N. Kotikov // Nauchnoe obespechenie agropromyishlennogo proizvodstva: materialyi mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, 20-22 yanvarya 2010 goda: g. Kursk. - Kursk: Izd-vo Kursk. gos. s.-h. ak., 2010. - ch. 3. - S. 102-106.

14. Pat. №2393663 RF, MKI A01C9/04. Kartofelesazhalka dlya posadki proraschennyih klubney / V.N. Ozherelev. F.N. Kotikov. №2009132 773/12; zayavl. 31.08.2009; opubl. 10.07.2010. Byul. №19. - 6 s.

15. Sepp, Yu. V. Resursyi produktivnosti kartofelya / Yu. V. Sepp, H. G. Tooming. - L.: Gidrometeoizdat, 1991. - 261 s.

16. Suhoy, V. Vmundire i bez / V. Suhoy //Amerika. - 2005. - №3(482). - S. 32-37.

17. Torikov, V.E. Opyit organizatsii ratsionalnogo ispolzovaniya zemel selskohozyaystvennogo naznacheniya v krupnyih agroholdingah Bryanskoy oblasti / V.E. Tori-kov, E.P. Chirkov, N.A. Sokolov i dr.; pod red. N.M. Belousa. - Bryansk: Izd-vo BGSHA, 2014. - 183 s.

18. Shvetsova, O.A. Rol selskogo hozyaystva v ustoychivom razvitii selskih territoriy Bryanskoy oblasti / O.A. Shvetsova //Mezhdunarodnyiy nauchnyiy zhurnal, 2012. - Spektr: M. №2 - S. 69-71.

УДК 531.8

ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ФРЕЗЫ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Optimization of the Working Body of the Cutter with Vertical Axis of Rotation

Блохин В.Н., Никитин В.В., к.т.н., доценты viktor.nike'a yandex.ru Лямзин А.А., инженер, Климович Р.А., магистрант Blohin V.N., Nikitin V. V., Lyamzin A.A., Klimovich R.A.

ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243345 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а

Bryansk State Agrarian University

Реферат. Наиболее перспективным направлением содержания междурядий на плантациях ягодных кустарников является использование двух разнонаправленных про-

цессов, обеспечиваемых применение дисковой бороны и почвофрезы. Эти орудия предназначены для рыхления почвы, уничтожения сорной растительность, измельчения отживших и засохших стеблей. В первом случае это происходит в центре междурядья, а во втором случае - в прикустовой зоне. При этом использование двух разнонаправленных процессов обработки почвы приводит к многократному увеличению проходов техники, что способствует повышению энергоемкости на ее обработку. Многолетние исследования и практический опыт свидетельствуют о том, что снизить указанные энергозатраты позволит переход на почвофрезы, рабочие органы которых обладают минимальной энергоемкостью. Это достигается, как правило, за счет того, что поперечное сечение стойки, выполнено в виде «лодочки», что позволяет не сминать почву стенки борозды своей боковой поверхностью и тыльной стороной. Кроме того, дополнительное уравновешивание крутящих моментов на рабочем органе позволит разгрузить стойку, уменьшив ее толщину и металлоемкость орудия в целом.

Summary. The most promising direction of the soil treatment of inter-row spacing in the berry plantations is the use of two differently directed processes: the application of disc harrows and tillage machines. These tools are for soil loosening, weeding, and grinding of the revived and dead stems. In the first case this happens in the center of row spacing, and in the second case it is the near-by bush zone. The use of two differently directed processes of tillage leads to an increase in the coverage of machines, thus raising the energy content of its processing. Long-term researches and practical experience indicate that usage of tillage machines will reduce these energy costs, as their working bodies have minimal energy content. This is achieved generally due to the fact that the cross-section of the rack is made in the form of a boat that allows not crushing the soil of the furrow wall with its side surface and back side. Besides, an additional balancing of rotational moments on the working body makes it possible to unload the rack, reducing its thickness and steel intensity of the mahine in general.

Ключевые слова: почва, почвофреза, обработка почвы, энергоемкость.

Keywords: soil, tillage machine, tillage, energy content.

Известно, что наиболее широкое применение для междурядной обработки почвы на плантациях ягодных кустарников получили дисковые бороны. Это обусловлено тем, что они при минимуме энергозатрат позволяют наряду с рыхлением измельчать и заделывать в почву вырезанные после сбора урожая отплодоносившие стебли высокостебельных культур [1]. Главной проблемой, возникающей вследствие их использования, является интенсивное перераспределение почвы в кусты и межкустовую зону. В результате этого оголяется корневая система растений и увеличивается площадь испарения, усиливая в засушливый период дефицит влаги и существенно снижая урожай [2]. Кроме того, сформировавшиеся с течением времени вдоль кустов почвенные валы затрудняют, а иногда даже делают невозможной работу ягодоуборочных комбайнов. Полностью исключить это негативное явление позволяет снабжение дискового орудия дополнительным отбойным щитком [3].

При этом ограничиться при обработке междурядий на плантациях ягодных кустарников только применением дисковых орудий не представляется возможным, поскольку приходится оставлять слишком широкие защитные зоны. Для их обработки целесообразно использовать вертикально-фрезерные приставки [4, 5]. Однако вследствие многократного увеличения проходов техники и сочетания двух разнонаправленных способов обработки почвы существенным образом повышается и энергоемкость ее обработки. Изыскание технических возможностей по уменьшению указанных затрат является актуальной научной задачей.

Наши теоретические исследования по взаимодействию активных рабочих органов вертикальных фрез с почвой показывают, что при определенных условиях энергоемкость ножей может быть на уровне и даже ниже энергоемкости пассивных рабочих органов, при лучшем качестве обработки почвы.

у

Рисунок 1. Рабочие органы почвофрез с вертикальной осью вращения: а - L-образные ножи; б - ножи с горизонтальными лезвиями

Существенное влияние на энергоемкость фрезы с вертикально осью вращения оказывает форма ножей. Одни авторы [6] считают, что наименьшую энергоемкость имеют L-образные, наружу отогнутые ножи (рис. 1, а). L-образные внутренне-загнутые более энергоемки за счет того, что стойка рабочего органа расположена дальше от оси вращения ротора, чем у других видов ножей, что приводит в увеличению момента силы, а значит и крутящему моменту. Другие ученые [7] утверждают, что наименьшей энергоемкостью обладают ножи с горизонтальными лезвиями, выполненными по логарифмической спирали (рис. 1, б).

Однако очевидно, что в качестве одного из возможных путей снижения энергоемкости вертикальных фрез является уменьшение толщины стойки ножа и оптимизация геометрических параметров его подрезающих лезвий до определенного предела, при котором надежность и прочность элементов рабочего органа остается неизменной [8].

Испытания L-образных, наружу отогнутых ножей показали, что относительно слабым местом такого рабочего органа является промежуток стойки (площадка аЬс$), расположенный непосредственно у изгиба лезвия (рис. 2). Здесь при встрече с препятствием лезвие и стойка ножа испытывают одновременно действие крутящего и изгибающих моментов со стороны препятствия. Это приводит к деформации и даже к поломке рабочего органа у основания стойки (площадка аЬс$). Для того чтобы рабочий орган был достаточно прочным, можно стойку у основания изготовить с утолщением, что приведет в конечном итоге к увеличению энергозатрат.

Рисунок 2. Действие крутящего и изгибающего моментов на лезвие рабочего органа

Снижение нагрузки на ноже в указанном месте можно достичь за счет меньшего крутящего и изгибающих моментов, возникающих в процессе работы. Это позволит сделать стойки ножей тоньше у основания, а значит, и снизить энергоемкость фрезы.

Поскольку крутящий момент и изгибающий моменты зависят от длины лезвия, то

Риз

для их уменьшения надо укоротить длину лезвия, не уменьшая ширину захвата ножа.

Рабочий орган, отвечающий этим требованиям, изображен на рисунке 3, у которого ширина захвата Ь равна ширине I захвата L-образного ножа (рис. 2). У такого комбинированного рабочего органа крутящий и изгибающий моменты относительно оси, проходящей через середину стойки, значительно меньше по сравнения с L-образным ножом.

Действительно, у L-образного ножа изгибающий момент Миз относительно оси пп равен произведению суммарной изгибающей силы Риз на длину отогнутого лезвия I:

Миз = Риз • I, где Миз - изгибающий момент, Нм; Риз - суммарная изгибающая сила, Н; I - длина лезвия, м.

Рисунок 3. Действие крутящего и изгибающего моментов на подрезающие лезвия

комбинированного рабочего органа

Крутящий момент Мкр относительно оси ОО\ равен произведению суммарной крутящей силы Ркр (сила сопротивления) на длину отогнутого лезвия I:

Мкр = Ркр • I, где Мкр - крутящий момент, Нм; Ркр - суммарная крутящая сила, Н; I - длина лезвия, м.

Причем, сила сопротивления Ркр зависит от многих факторов. Для рабочего органа вертикальной фрезы, изображенного на рисунке 3 соответственно изгибающий и крутящий моменты равны

Мг = Рг •Ь,

из из 2

М' = Р' Ь.

кр кр 2

где Мгиз, М'кр -изгибающий и крутящий моменты, соответственно, Нм; Р - суммарная изгибающая сила, Н;

из

Р, - суммарная крутящая сила, Н;

Ркр

Ь - ширина захвата лезвия, м.

Очевидно, что р, р и „ . Следовательно, М, М и

Р^ р ^ Р кп ^ Р кп М ^ ^ М „„

М' <М М' <М '

кр • - кр 1у1из^1у1из ^^ кр ^ ^^ кр

Рисунок 4. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения: а - общий вид; б - разрез А-А на рис. а; 1 - стойка; 2, 3 - лезвие; 4 - отверстия

Эти данные, а также изменение геометрических параметров стойки (рис. 4) позволили получить патент на полезную модель рабочего органа [9]. Поперечное сечение стойки, выполненное в виде «лодочки» позволяет не сминать почву стенки борозды своей боковой поверхностью и тыльной стороной, что приводит в конечном итоге к снижению энергоемкости на фрезерование почвы.

За счет уравновешивания крутящих моментов [10] на рабочем органе (рис. 3) можно разгрузить стойку, а значит и уменьшить ее толщину, что также, в конечном итоге ведет к уменьшению эненргозатрат на обработку почвы.

Библиографический список

1. Ожерельев В.Н., Никитин В.В. Особенности работы дисковой бороны в междурядьях ягодных кустарников при экстремальных условиях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 6. - С. 29-30.

2. Никитин В.В. Улучшение качества обработки междурядий ягодных кустарников в условиях суглинистых почвы повышенной влажности путем совершенствования конструктивно-режимных параметров дисковой бороны. Дис. ... кандидата технических наук. - Брянск, 2009. - 237 с.

3. Пат. № 2344586 РФ, МПК А01В 5/00, А01В7/00. Приспособление к дисковому почвообрабатывающему орудию / В.Н. Ожерельев, В.В. Никитин. - № 2007135700/12, заявл. 26.09.07; опубл. 27.01.09, Бюл. № 3. - 5 с.

4. Ожерельев В.Н., Никитин В.В. Управление перераспределением почвы по ширине междурядья малины // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 4. - С. 13-15.

5. Блохин В.Н., Романеев Н.А., Никитин В.В. Насадка для механических граблей // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. - 2014. - № 3. - С. 27-28.

6. Мостовский В.Б. Исследование кинематики рабочих органов почвенных фрез с вериткальной осью вращения // Механизация работ в садоводстве. Кишенев, 1979. - С. 189-204.

7. Конарев Ф.М., Ткаченко А.И. Исследование геометрической формы ножа почвенной фрезы // Труды Кубанского сельскохозяйственного института, 1973, вып. 66/94. -С. 140-147.

8. Михальченков А.М., Капошко Д.А. Повышение ресурса лемехов плужных корпусов сварочным армированием // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2005. - № 7. - С. 20-24.

9. Пат. № 150776 РФ, МПК А01В33/06. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Никитин В.В. - Заявка № 2014127939/13 от 08.07.2014; опубл. 2015, бюл. № 6.

10. Блохин В.Н. Исследование процесса и рабочего органа для ухода за межкустовой зоной на ягодниках: автореферат дис. ... кандидата технических наук. - М., 1993. - 19 с.

References

1. Ozherelev V.N., Nikitin V.V. Osobennosti rabotyi diskovoy boronyi v mezhduryadyah yagodnyih kustarnikov pri ekstremalnyih usloviyah // Mehanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo hozyaystva. - 2007. - № 6. - S. 29-30.

2. Nikitin V. V. Uluchshenie kachestva obrabotki mezhduryadiy yagodnyih kustarnikov v usloviyah suglinistyih pochvyi povyishennoy vlazhnosti putem sovershenstvovaniya kon-struktivno-rezhimnyih parametrov diskovoy boronyi. Dis. ... kandidata tehnicheskih nauk. -Bryansk, 2009. - 237 s.

3. Pat. № 2344586 RF, MPK A01B 5/00, A01B7/00. Prisposoblenie k diskovomu pochvoobrabatyivayuschemu orudiyu / V.N. Ozherelev, V.V. Nikitin. - № 2007135700/12, za-yavl. 26.09.07; opubl. 27.01.09, Byul. № 3. - 5 s.

4. Ozherelev V.N., Nikitin V.V. Upravlenie pereraspredeleniem pochvyi po shirine mezhduryadya malinyi // Mehanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo hozyaystva. - 2011. - № 4. -S. 13-15.

5. Blohin V.N., Romaneev N.A., Nikitin V.V. Nasadka dlya mehanicheskih grabley // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy selskohozyaystvennoy akademii. - 2014. - № 3. - S. 27-28.

6. Mostovskiy V.B. Issledovanie kinematiki rabochih organov pochvennyih frez s ver-itkalnoy osyu vrascheniya //Mehanizatsiya rabot v sadovodstve. Kishenev, 1979. - S. 189-204.

7. Konarev F.M., Tkachenko A.I. Issledovanie geometricheskoy formyi nozha poch-vennoy frezyi // Trudyi Kubanskogo selskohozyaystvennogo instituta, 1973, vyip. 66/94. - S. 140-147.

8. Mihalchenkov A.M., Kaposhko D.A. Povyishenie resursa lemehov pluzhnyih kor-pusov svarochnyim armirovaniem //Remont, vosstanovlenie, modernizatsiya. - 2005. - № 7. - S. 20-24.

9. Pat. № 150776 RF, MPK A01B33/06. Rabochiy organ pochvoobrabatyivayuschey frezyi s vertikalnoy osyu vrascheniya / Blohin V.N., Nikitin V.V. - Zayavka № 2014127939/13 ot 08.07.2014; opubl. 2015, byul. № 6.

10. Blohin V.N. Issledovanie protsessa i rabochego organa dlya uhoda za mezhkustovoy zonoy nayagodnikah: avtoreferat dis. ... kandidata tehnicheskih nauk. -M., 1993. - 19 s.