Исследование тягового сопротивления комбинированного сошника для разноглубинного внесения удобрений и высева семян

ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ

УДК 631.33.024:539.4 ЕВ. ДЕМЧУК

Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ВЫСЕВА СЕМЯН

Исследовано тяговое сопротивление комбинированного сошника для разноуровневого внесения минеральных удобрений и высева семян зерновых культур. Производство зерновых культур в нашей стране составляет основу не только растениеводства, но и всего сельскохозяйственного производства. Переход на ресурсосберегающие технологии посева является одним из основных элементов, обеспечивающих высокую производительность, снижение себестоимости и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Существующие конструкции посевных машин не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям, имеют большую металло- и энергоемкость, что увеличивает себестоимость производства продукции растениеводства. Снижение тягового сопротивления рабочих органов посевных машин является актуальной задачей. В ходе исследований проанализирован процесс взаимодействия комбинированного сошника с почвой и установлены основные этапы: резание почвы, сдвиг ее, отрыв пласта от монолита и его подъем. Для выявления факторов, влияющих на тяговое сопротивление комбинированного сошника, определены и проанализированы силы, действующие на сошник со стороны почвы при разных режимах и условиях работы. Выявлены составляющие результирующей силы тягового сопротивления: ЯР - сила сопротивления резанию; N - нормальная сила; ЕТр - сила трения; ЯО - сила сопротивления отрыву пласта и ЯП - сила сопротивления подъему почвенного пласта. Получены зависимости тягового сопротивления комбинированного сошника. При анализе полученных зависимостей установлено, что с увеличением углов а и в происходит увеличение тягового сопротивления. Установлено также, что основным фактором, влияющим на тяговое сопротивление, является угол атаки а.

Ключевые слова: комбинированный сошник, посев, почва, сила, тяговое сопротивление.

Введение

Одним из крупнейших направлений сельскохозяйственного производства является возделывание зерновых культур. Зерновое производство требует освоения и внедрения ресурсосберегающих технологий, включающих комплекс мероприятий по оптимизации структуры использования пашни, применению средств защиты растений, более производительных посевных агрегатов, адаптированных к почвенно-клима-тическим условиям региона [1].

Важнейшей задачей механизации посева зерновых культур является разработка и освоение высокопродуктивных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий возделывания. Переход на подобные технологии посева является одним из основных элементов, обеспечивающих высокую производительность, снижение себестоимости и повышение урожайности сельскохозяйственных культур [2; 3].

© Демчук Е.В., 2018

Большинство отечественных посевных машин осуществляет внесение стартовой дозы удобрений совместно с семенами, что может повлечь за собой солевой эффект и химический ожог семян. Некоторые семена при этом погибают в период токсического воздействия, что приводит к снижению всходов, урожайности и, как следствие, прибыли предприятия. Посевные машины не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям, имеют большую металло- и энергоемкость. Отсюда появляется необходимость разработки сошников, обеспечивающих разноуровневый посев с соблюдением агротехнических требований. Помимо качественных показателей работы посевного агрегата на фоне постоянно увеличивающейся стоимости топлива немаловажное значение имеет тяговое сопротивление.

Следовательно, исследование тягового сопротивления разрабатываемого сошника с целью снижения энергозатрат является актуальной задачей.

Методика теоретических исследований тягового сопротивления комбинированного сошника предусматривает использование основных положений и законов классической механики, математики и статистики. В качестве объекта исследований выбран процесс взаимодействия сошника с почвой.

Общим недостатком большинства сошников является неравномерная заделка семян по глубине и площади питания вследствие повышенного отброса почвы. Устранить данный недостаток можно, учитывая объемную деформацию почвы, суть которой заключается в том, что подрезанная почва сжимается с боков и выдавливается вверх, а затем без оборота укладывается на прежнее место.

В ходе исследований разработан сошник для разноуровневого высева семян и минеральных удобрений (рис. 1).

Рис. 1. Комбинированный сошник: 1 - рабочий элемент; 2 - стойка; 3 - туконаправитель; 4 - семянаправитель; 5 - кронштейн; 6 - вырезы с углом схождения; 7 - вырез с наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки

Объекты и методы

Результаты исследований

При посеве рабочие элементы 1 подрезают почву с двух сторон, в это время в образовавшиеся бороздки через туконаправители 3 и рабочие элементы 1 подаются минеральные удобрения. Поскольку рабочие элементы и стойки расположены под углом атаки а, почва смещается к оси симметрии сошника, одновременно, из-за наличия угла крена в, почва поднимается вверх, крошится и в разрыхленном состоянии перемещается по боковым внутренним плоскостям рабочих элементов. При переходе почвы с рабочих элементов на стойки, через вырезы с углом т происходит частичное осыпание почвы и засыпание минеральных удобрений. Оставшаяся часть почвы проходит дальше в межстоечное пространство. При этом через семянаправители 4 и стойки 2 подаются семена и укладываются на дно бороздки. Почва при выходе из межстоечного пространства осыпается и засыпает засеянные бороздки [4].

Для выявления факторов, влияющих на тяговое сопротивление, и путей его снижения необходимо определить и проанализировать силы, действующие на сошник со стороны почвы при разных условиях работы. При взаимодействии комбинированного сошника с почвой происходит ее резание, сдвиг, отрыв и подъем пласта. Таким образом, составляющими результирующей силы тягового сопротивления комбинированного сошника являются: RP - сила сопротивления резанию; N - нормальная сила; FTp - сила трения; Ro - сила сопротивления отрыву и Rn - сила сопротивления подъему почвенного пласта [5; 6].

R = 2R Р + 2N + 2FTp + R O + R П .

Определим силу сопротивления резанию RP:

Rp = P.  S  sina,

где Pj - удельное сопротивление почвы смятию, Н/м2; S - площадь боковой поверхности стойки сошника, м2; а - угол атаки, град.

Площадь боковой поверхности (рис. 2) определим по формуле:

S = SABKN + SCDEFGK .

Определим нормальную силу. Результирующая нормальных сил N складывается из статической Nc и динамической Nд составляющей:

N = Nc + Nд ,

Nc = тп.п  g = Vn.n  Рп  g ,

где тП.П - масса почвенного пласта, кг; Vn.n - объем почвенного пласта, м3; рП - плотность почвы, кг/м3 (рис. 3).

Nfí = S  sin a  V 2рп,

где V - скорость движения агрегата, м/с.

При взаимодействии почвы с поверхностью сошника возникает сила трения FTp:

FTP = N р,

где ф - коэффициент трения почвы о сталь.

Сила сопротивления отрыву Ro действует вертикально и направлена вниз:

Ro = k^Somp,

где k - удельное сопротивление почвы отрыву; Н/м2; Somp - площадь пласта отрыва, м2 (рис. 4).

Силу сопротивления подъему пласта Яп определяем по формуле

Яп = V2 •рп • $п ,

где £П - площадь сечения почвенного пласта, м (рис. 5).

= ^ + 2^4,

После всех преобразований и решения уравнения (1) найдем результирующую силу сопротивления, действующую на сошник со стороны почвы. В результате решения уравнения (1) установлены теоретические величины тягового сопротивления (рис. 6) в зависимости от варьируемых параметров (угол атаки а, угол крена в).

В дых ЯАыу

Рис. 2. Боковая поверхность стойки сошника Рис. 3. Объем почвенного пласта

Вбых

Вбх

Рис. 4. Пласт отрыва

Вбх

Рис. 5. Площадь сечения почвенного пласта отрыва

R, Н

Ь=5 —Ь=15 Ь=30

Рис. 6. Зависимости тягового сопротивления от углов атаки а и крена в

Заключение

В результате исследований проанализированы силы, действующие на сошник со стороны почвы. Получены зависимости тягового сопротивления комбинированного сошника. Анализируя данные зависимости, следует отметить, что с увеличением углов а и в происходит увеличение тягового сопротивления. Установлено также, что основным фактором, влияющим на тяговое сопротивление, является угол атаки а.

Demchuk E. V.

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Study of the traction resistance of the combined Coulter for different depth fertilizer

application and seeding

The article is devoted to the study of traction resistance combined opener for tiered application of mineral fertilizers and sowing seeds of grain crops. Production of cereals in our country is the basis of not only the crop, but also of all agricultural production. The transition to resource-sowing technology is one of the key elements to ensure high performance, reduced prime cost and increase crop yields. Existing designs of sowing machines do not always satisfy the requirements of agro-technical, are more methane and energy, which increases the cost of crop production. It follows from the foregoing that the reduction of traction resistance of the working bodies of sowing machines is an urgent task. The studies analyzed the interaction combined with the soil opener and set the main stages: cutting the soil, its shear gap formation of the monolith and its recovery. To identify factors influencing the tractive resistance combined opener, identified and analyzed the forces acting on the coulter from soils under different conditions and working conditions. There were identified components of the resultant force of traction resistance: Rp — resistance to cutting force; N — the normal force; FTp — friction force; R о — resistance force separation reservoir and Rn — resistance force of rise of soil formation. The dependence of the resistance of the combined traction opener was obtained. Through analysis of the dependencies were found that increasing of a and p angles has an increase of the draft resistance. The major factor in driving resistance is the angle of attack a.

Keywords: combined opener, sowing, soil, strength, traction resistance.

Список литературы

1. Кем А.А., Юшкевич Л.В. Сравнительная оценка посевных комплексов при возделывании зерновых культур в западной Сибири // Вестн. ОмГАУ. 2015. № 4. С. 61-65.

2. Мальцев В.В. Совершенствование технологии и средств механизации при возделывании зерновых в Западной Сибири : монография. Омск : Изд-во ОмГАУ, 2004. 116 с.

3. Домрачее В.А., Кем А.А., Ковтунов В.Е. [и др.]. Механизация процессов селекции, земледелия и растениеводства : монография. Омск : Изд-во ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. 2011. 190 с.

4. Патент на полезную модель № 166955, РФ, МПК А01С7/20 (2006.01). Сошник сеялки / Е.В. Демчук, И.Д. Кобяков, Р.А. Браулик. № 2016108357/13 ; заявл. 09.03.2016 ; опубл. 20.12.2016.

5. Демчук Е.В. Обоснование параметров двухленточного сошника зерновой сеялки : авто-реф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. Новосибирск, 2010. 19 с.

References

1. Kem A.A., Yushkevich L.V. Sravnitel'naya ocenka posevnyh kompleksov pri vozdelyvanii zernovyh kul'tur v zapadnoj Sibiri // Vestn. Om-GAU. 2015. № 4. S. 61-65.

2. Mal'cev V.V. Sovershenstvovanie tehnologii i sredstv mehanizacii pri vozdelyvanii zernovyh v Zapadnoj Sibiri : monografiya. Omsk : Izd-vo OmGAU, 2004. 116 s.

3. Domrachev V.A., Kem A.A., Kovtunov V.E. [i dr.]. Mehanizaciya processov selekcii, zem-ledeliya i rastenievodstva : monografiya. Omsk : Izd-vo FGBOU VPO OmGAU im. P.A. Stolypina. 2011. 190 s.

4. Patent na poleznuyu model' № 166955, RF, MPK A01S7/20 (2006.01). Soshnik seyalki / E.V. Demchuk, I.D. Kobyakov, R.A. Braulik. № 2016108357/13 ; zayavl. 09.03.2016 ; opubl. 20.12.2016.

5. Demchuk E.V. Obosnovanie parametrov dvuhlentochnogo soshnika zernovoj seyalki : avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk: 05.20.01. Novosibirsk, 2010. 19 s.

6. Бегунов М.А. Параметры и режимы работы двухстрочного килевидного сошника для посева семян льна-долгунца : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. Новосибирск, 2014. 19 с.

6. Begunov M.A. Parametry i rezhimy raboty dvuhstrochnogo kilevidnogo soshnika dlya poseva semyan l'na-dolgunca : avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk: 05.20.01. Novosibirsk, 2014. 19 s.

Демчук Евгений Владимирович, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, ev. demchuk@omgau. org.

Demchuk Evgeny Vladimirovich, Cand. Tech. Sci., Doc., Omsk SAU, ev. demchuk@omgau. org.

УДК 62-61:62-503.56

В.П. КВАШИН, А.Г. ЩЕРБАКОВА, СВ. ЗАХАРОВ

Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, г. Омск

Потери нефтепродуктов возникают как при эксплуатации машин, так и при транспортировке, хранении и приемо-отпускных операциях. Их непроизводительно расходуют при плохой организации работы машинно-тракторного парка, холостых переездах и простоях, а также при несовременном и некачественном обслуживании машин. Наиболее характерны потери топлива при эксплуатации: до 6 % - при снижении мощности и экономичности двигателя с увеличением наработки, до 10 % - при неудовлетворительной организации использования тракторов, холостых переездах, до 5 % - при заправке и до 5 % -при хранении. Предотвращать их можно своевременным, качественным техническим обслуживанием и ремонтом, правильным комплектованием машинно-тракторных агрегатов. Процесс сгорания топлива в двигателе ухудшается, главным образом, из-за плохого качества распыливания топлива форсунками, неправильной установки момента начала подачи, нарушения характеристики впрыска из-за чрезмерного износа прецизионных пар топливного насоса, слишком большой неравномерности подачи топлива в цилиндры, а также износа деталей механизма газораспределения, нарушения герметичности камер сгорания, сильного загрязнения воздухоочистителя и др. Таким образом, техническое состояние и уровень эксплуатации машин определяют не только надежность и ресурсы, но и эксплуатационный расход топлива. Исправность машин - основное условие экономии горюче-смазочных материалов. Важным методом является рациональное агрегатирование машин и снижение удельного сопротивления рабочих органов. Неправильное агрегатирование не только снижает производительность агрегата, но и значительно ухудшает качество выполнения операций, увеличивает расход топлива. Например, использование плуга с затупившимися лемехами снижает качество обработки, а возросшее сопротивление приводит к увеличению расхода топлива на 10-15 %. Обоснованный и предлагаемый для внедрения в сельскохозяйственное производство комплекс мероприятий по снижению потерь топлива может обеспечить реальную экономию более чем на 25-30 %.

Ключевые слова: машинно-тракторный парк, сельскохозяйственная техника, нефтепродукты, расход топлива, экономия, эксплуатация, потери топлива.

В связи с непрерывным ростом количественного и мощностного состава машинно-тракторного парка увеличивается расход нефтепродуктов, таких как бензин, дизельное топливо, масла и смазки. Качество применяемых на тракторах, автомобилях и сельхозмашинах топлив, масел и смазок за последние годы существенно улучшилось,

© Квашин В.П., Щербакова А.Г., Захаров С.В., 2018

СПОСОБЫ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

Введение