Оптимизация основных конструктивных параметров рабочего органа для обработки верхнего корнеобитаемого слоя пахотного горизонта

Оптимизация основных конструктивных параметров рабочего органа для обработки верхнего корнеобитаемого слоя пахотного горизонта

И. Т. Ковриков, д.т.н, профессор, Д. П. Юхин, аспирант, Оренбургский ГАУ

Среди многочисленных проблем современного земледелия в последние годы как за рубежом, так и в нашей стране все большую актуальность приобретают вопросы почвообработки [1—3].

В связи с этим все острее ощущается необходимость в исследованиях, направленных на изучение физико-механических свойств почвы и механических процессов взаимодействия сельскохозяйственной техники и почвы при ее обработке, передвижения сельскохозяйственной техники и т.д.

Негативные воздействия МТА на почвенный покров исследовались неоднократно. Однако способы снижения отрицательного воздействия МТА являются задачей многостепенной, которая может быть решена только с учетом совершенствования МТА и агротехнических приемов. Поэтому все

большее внимание уделяется регулированию физических свойств почвы, обеспечения и оптимальной плотности и структуры. Естественно, это накладывает отпечаток на методы построения (проектирования) новых почвообрабатывающих машин.

Наиболее перспективным направлением является создание компактных комбинированных машин. В настоящее время существуют несколько типов комбинированных машин для почвообработки. Классификация их приведена на рис. 1.

Большинство комбинированных машин ориентировано на использование набора рабочих органов для обработки верхнего корнеобитаемого слоя, так как именно этот слой представляет наибольшую хозяйственную ценность.

Такая конструкция приводит к увеличению веса и тягового сопротивления машины, к необходимости применения мобильных энергетичес-

Рис. 1 - Классификация комбинированных машин для основной обработки почвы

ких средств большего тягового класса. Поэтому актуальной остается проблема создания единого рабочего органа для обработки верхнего пахотного слоя, включающего преимущества и функциональные назначения группы уже существующих рабочих органов.

Зона Южного Урала относится к зоне с недостаточным запасом почвенной влаги. Единственно возможный путь увлажнения — накопление и сохранение выпадающих осадков. В засушливые годы пахотный слой почв этой зоны сильно уплотняется и покрывается трещинами. Обработка почвы в пересушенном состоянии приводит к образованию больших глыб значительной плотности и твердости. Дополнительная обработка такого поля ведет к сильному распылению и образованию эрозионно-опасных частиц, что обуславливает снижение плодородия почвы.

Для решения проблемы основной обработки почвы зоны Южного Урала и Заволжья нами предлагается усовершенствованный джойнтер в виде двухэлементной конструкции: исполнительный элемент с отвальной рабочей поверхностью и лемех, предназначенный для предварительного рыхления верхнего слоя почвы и подрезания корневых систем растений.

Такая конструкция обусловила возможность исключить полевую доску с целью устранения трения, а потому и сопротивления, которое составляет в классических конструкциях около 30% от общего сопротивления плуга. Тем не менее, многочисленные исследования показывают, что энергоемкость процесса пахоты в основном зависит от формы лемешно-отвальной поверхности корпусов. Оптимально спроектированная лемешноотвальная поверхность позволяет снизить тяговое сопротивление, снизить погектарный расход топлива, затраты труда, повысить производительность агрегата.

Придерживаясь ставшей уже «классической» методики построения лемешно-отвальных поверхностей, в основу проектирования усовершенствованного джойнтера были заданы следующие параметры:

— размеры сечения пласта (глубина вспашки «а» и ширина захвата «в»);

— начальный угол постановки направляющей кривой к дну борозды « 0»;

— форма и вылет направляющей кривой;

— угол постановки образующей к стенке борозды « 0» в начальном ее положении.

С учетом условий агротехнических требований к обработке верхнего корнеобитаемого слоя нами обоснован и предлагается коэффициент, характеризующий размеры сечения пласта К в пределах от 2,3 до 2,9.

Таким образом, оборот пласта будет осуществляться на больший угол, чем при обычной вспашке.

Согласно В. П. Горячкину, угол наклона обернутого пласта определяется следующим образом: = агс8т(а/в), тогда угол оборота пласта тах = 180 - = 180 - агс8т(12/35) = 160°. Известные «классические» лемешно-отвальные поверхности спроектированы из условия исключения опрокидывания пласта почвы обратно в открытую борозду, при котором 1,27<К<2, а угол тах составляет не более 135-1400. Исходя из вышеизложенного, нами было предположено, что поверхность джойнтера должна иметь поверхность, близкую к винтовой.

Тем не менее, процесс пахоты (оборот пласта на больший угол) не должен превышать по энергоемкости процесс «классической» вспашки поверхностями как винтовыми, так и культурными.

Как было ранее сказано, энергоемкость процесса пахоты напрямую зависит от формы и вылета направляющей кривой. Нами предлагается поверхность отвала джойнтера, которая позволя-

ет почвенной частице двигаться по нему с наименьшими затратами энергии. Другими словами, траектория движения частицы должна представлять собой брахистохрону 2 (см. рис. 2.), которая в параметрической форме описывается уравнениями:

х = |^2 (ci + fc2 ^п j+ 2 f (- + fc2 )-:2sin2 k - i J+

+2 f(ci+2fc2)cos4 k+- f 2 (2ci- fc2 І-!-k+4sin4kJ+

+ i f 3ci(i - sin4 k)+ f -y-|^3k + sin 2k + isin4k- “pjjа

2 (ci + Уc2)c o s2k+- f(c i + fc2 - 1 sin2k-^ J+

+ -4f (ci -2fa^ | - k -4sin k J+ if(2ci + ^fi-sin4 k)+

+ if 3ciі — - — - sin - — sin 4k j_ i fc2 cos4 kl,

2J i[ 4 2 8 J 2J 2 J

где - развивающийся угол кривой к горизонту;

- коэффициент трения семян о шероховатую поверхность распределителя с образую-

Y = а

Рис. 2

Рабочая поверхность усовершенствованного джойнтера

щей, выполненной по брахистрохроне; Скорость движения Угол о0 Угол 0°

а=— g ’ , = </2 +і Сі — , 2и о c f^/2+1  С 2 = / - посто- 2и0 8 км/ч 10 км/ч 12 км/ч 28 23-24 20 35-38 42-46 42-46

янные интегрирования;

и0 — скорость движения почвенной частицы;

g = 9,8 м/с2.

Проделанный нами анализ методик построения лемешно-отвальных поверхностей и силовой анализ развивающегося клина показал, что форма направляющей кривой 1 (рис. 2) должна быть близкой к форме траектории движения почвенной частицы по отвалу (брахистохроне), но с учетом угла трения (коэффициент трения почвы о материал джойнтера). Таким образом, направляющая кривая должна описываться уравнением (1), но с поправкой на угол .

Основываясь на многочисленных трудах и исследованиях В.П. Горячкина, В.А. Желиговско-го, Л.А. Гячева, Г.Н. Синеокова, И.Т. Коврико-ва, мы выбрали наиболее оптимальные значения углов постановки образующей к стенке борозды у 0 в начальном ее положении для скоростей в интервале от 8 до 12 км/ч:

Таким образом, предложенное в данном материале направление совершенствования рабочих органов для обработки верхнего корнеобитаемого слоя почвы позволяет оптимизировать конструктивные параметры лемешно-отвальных поверхностей всех почвообрабатывающих машин в целом.

Литература

1 Горячкин, В.П. Сборник сочинений. Т.т. 1,2,3. - М.: Строй-издат, 1989. - 304 с.

2 Гячев, Л.А. Динамика машинно-тракторных агрегатов. — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1986. — 191 с.

3 Ковриков, И.Т. Рабочий орган почвообрабатывающего орудия // Опубликовано в Б.И. — 1987. — №41.

4 Ковриков, И.Т. Основные направления совершенствования технологий обработки почвы и средств механизации их осуществления // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2004. — №3.

5 Летошнев, М.Н. Сельскохозяйственные машины. — М.: Сельхозгиз, 1 955.

6 Свирищевский, Б.С. Эксплуатация машинно-тракторного парка. — М.: Сельхозгиз, 1958.

7 Синеоков, Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. — М.: Машиностроение, 1965.