ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВОГО ПЛУГА

Вывод. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что распределение семян в процессе падений их от высевающего аппарата до дна борозды при однозерновом высеве происходит по закону Пуансона, а интервалы между падающими семенами распределяются по показательному закону.

В результате исследования были получены зависимости, позволяющие определить на различных режимах работы однозернового высевающего аппарата плотность потока семян, абсолютную величину и направление векторов начальных скоростей падения двух семян из одной ячейки диска высевающего аппарата, величину интервала между падающими семенами.

Литература

1. Цыбулевский В.В., Матущенко А.Е., Полуэктов А.А. Определение размеров отверстий ячеек высевающего диска // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 112 - 115.

2. Цыбулевский В.В., Матущенко А.Е., Полуэктов А.А. Приложение теории вероятности к рассмотрению условий заполнения ячеек диска высевающего аппарата дражжированными семенами // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 130 - 133.

3. Пат. РФ на изобретение № 2479192 С2. Устройство для сбора семян / Курасов В.С., Куцеев В.В., Драгу-ленко В.В., Руднев С.Г. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11.

4. Матущенко А.Е. Высев мелкосемянной культуры, костреца безостого // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. ст. по матер. XII Всерос конф. молодых учёных / отв. за вып. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2019. С. 142 - 143.

5. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС, 2004. 624 с.

6. Драгуленко В.В. Анализ устройства для высева амаранта // Новая наука: от идеи к результату. 2016. № 12 - 3. С. 68 - 70.

7. Пат. РФ на изобретение № 2626170 С1. Комплекс для обработки почвы, внесения удобрений и сева семян травосмесей / Тарасенко Б.Ф. и др. Опубл. 25.04.2016. Бюл. № 14.

Валерий Викторович Цыбулевский, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, valera-1913@mail.ru

Алексей Евгеньевич Матущенко, ассистент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, archangel24@mail.ru

Александр Александрович Полуэктов, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, aleksand.poluektov2000@yandex.ru

Valery V. Tsybulevsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, valera-1913@mail.ru

Alexey E. Matushchenko, assistant. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, archangel24@mail.ru

Aleksander A. Poluektov, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin

St., Krasnodar, 350044, Russia, aleksand.poluektov2000@yandex.ru

-♦-

Научная статья УДК 631.312.021.6

Обоснование конструктивных параметров дискового плуга

Сергей Георгиевич Руднев, Ирина Александровна Петунина,

Ирина Васильевна Вульшинская, Мовсес Дмитриевич Сарксян

Кубанский государственный аграрный университет

Аннотация. Вспашку почвы в рисовых чеках ведут навесными и прицепными лемешными плугами с культиваторным или полувинтовым типом отвала. Длительное пребывание почвы чеков под слоем воды предопределяет её повышенную влажность и значительную связность. При обработке этих почв лемешно-отвальным рабочим органом плуга образуются ленточные пласты, которые затрудняют проветривание пахотного горизонта. Цель исследования - нахождение и обоснование основных рабочих органов дискового плуга, который при обработке рисовых чеков не образует ленточного пласта, а создаёт крупнокомковатую структуру. Это улучшает аэрацию пахотного слоя и обеспечивает повышение урожая. Получены аналитические и графические зависимости процесса работы дискового плуга, которые послужат основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.

Ключевые слова: плуг, диск, координаты, поперечное сечение, зависимость.

Для цитирования: Обоснование конструктивных параметров дискового плуга / С.Г Руднев, И.А. Петунина, И.В. Вульшинская [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 137 - 141.

Original article

Justification of the design parameters of the disc plow

Sergey G. Rudnev, Irina A. Petunina, Irina V. Vulshinskaya,

Movses D. Sarksyan

Kuban State Agrarian University

Abstract. Rice plowing is carried out with mounted and trailed share plows with a cultivator or semi-screw type of blade. Long stay of the soil of checks under the water layer predetermines its high moisture content and significant cohesion. When processing these soils with a plow-moldboard working body of the plow, belt layers are formed, which make it difficult to ventilate the arable horizon. The purpose of the study is to find and substantiate the main working bodies of a disc plow, which, when processing rice paddies, does not form a strip layer, but creates a coarse lumpy structure. This improves aeration of the topsoil and provides increased yields. Analytical and graphic dependences of the disc plow operation process have been obtained, which will serve as the basis for further theoretical and experimental research.

Keywords: plow, disk, coordinates, cross section, dependence

For citation: Justification of the design parameters of the disc plow / S.G. Rudnev, I.A. Petunina, I.V. Vulshinskaya et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 137 - 141. (In Russ.).

При вспашке рисовых чеков применяют навесные и прицепные лемешные плуги с культива-торным или полувинтовым типом отвала. Почвы чеков отличаются повышенной влажностью и значительной связностью, так как долгое время находятся под слоем воды. При обработке таких почв плугом с лемешно-отвальным рабочим органом образуются ленточные пласты, затрудняющие проветривание пахотного горизонта. Проведённые исследования показывают, что при обработке почв рисовых чеков плуг с дисковым рабочим органом не образует ленточного пласта, а создаёт крупнокомковатую структуру. Последняя улучшает аэрацию пахотного слоя, что обеспечивает повышение урожая в сравнении с обработкой рисовых чеков плугами с лемешно-отвальным типом рабочего органа.

Цель и задачи исследования - нахождение и обоснование основных рабочих органов дискового плуга.

Материал и методы. Возможность широкого использования дискового плуга на постоянно расширяющихся рисовых плантациях вызывает необходимость обоснования рациональных параметров его рабочего органа. Это позволило бы устранить те конструктивные недостатки, которыми обладает дисковый плуг, и улучшить его энергетические показатели [1].

К недостаткам дискового плуга следует отнести: недостаточный оборот пласта при малых скоростях движения плуга; хаотичность поверхности пашни при скоростях движения выше 7 км/ч; повышенную гребнистость поперечного профиля дна борозды; большой вес, приходящийся на единицу ширины захвата плуга.

Устранение указанных недостатков может быть осуществлено путём детального теоретического и экспериментального изучения работы этого плуга.

Рассмотрим кинематику лезвия рабочего органа дискового плуга. Для этого определим координаты текущей точки на лезвии диска [2].

Если по кромке лезвия диска провести плоскость и ограничить её линией лезвия, то получится круг. Разместим этот круг относительно осей координат таким образом, чтобы его центр лежал в плоскости Y0Z, а точка Р1 горизонтального диаметра Р1Р2 касалась плоскости Х02 (рис. 1) [3]. В таком случае плоскость диска будет иметь угол атаки АР 1а', равный а, а с вертикалью будет составлять угол ВАС1, равный р. Обозначим Р1Р2 = Р3Р4 = 2Я, где Я - это радиус диска.

В процессе работы диск вращается. Пусть его угловая скорость будет ю, а линейная - Уп. Тогда за время t диск повернётся на угол юt, а его центр переместится на расстояние: а"А = аа' = У„^ Координата х текущей точки М будет равна: х = аа' + сЪ' + Ь'т

а2а' = У^

сЪ' = С1В1 = С1В sinа

потому что углы В1ЕВ и С1ВВ1 равны между собой вследствие перпендикулярности их сторон. С1В = АВ АВ = АМ sinюt АМ = Я

сЪ' = Я sina sinp sinюt.

Рис. 1 - Определение координат текущей точки М

Величина b'm' определится следующим образом:

b'm' = B2M = BM cosa, а BM = Rcost

b'm' = B2M = R cosa cost.

Подставляя полученные значения в формулу (1), в окончательном виде будем иметь:

X = Vnt + R sina sinp sint + R cosa cost. (6) Координату Y текущей точки М найдём аналогичным образом:

Y = c'ci + CiC - СС2

c'ci = Aa' = A.Pi sina = R sina. (8) По рисунку 1 угол СС1В равен углу СВВ1 и равен a, поэтому

сс1 = С1В cosa

С1В = R sinp sint. Подставив эти значения в формулу (9), найдём:

сс1 = R cosa sinp sint.

В свою очередь:

сс2 = BB2 = BMsina

BM = AMcost = Rcost,

тогда

cc2 = Rsina cost.

Окончательное значение координаты Y получим после подстановки найденных значений c'c1, с1с, cc2 в формулу (7):

Y = Rsina + R cosa sinp sint - (,3) - Rsina cost. Координата Z точки М будет равна:

Z = oaz - o'az

oaz = R cosP o'az = AC1 = R cosP sint. После подстановки этих значений в уравнение (14) имеем:

Z = R cosP - R cosP sint = = R cosP (1 - sint). Таким образом, координаты текущей точки М равны:

X = V/ + R sina sinp sint + R cosa cost Y = Rsina + R cosa sinp sint - Rsina cost

Z = R cosP (1 - sint). Выведенные уравнения движения лезвия диска рабочего органа дискового плуга позволяют решить ряд задач, связанных с его работой. В частности, можно определить скорости и ускорения и их составляющих в пространстве, что очень важно для анализа процесса отбрасывания и перемещения почвы [4].

Уравнения движения лезвия диска дискового плуга позволяют найти поперечное сечение пласта по ширине захвата плуга, величину греб-нистости поперечного профиля дна борозды и так далее.

Абсолютная скорость точки М определится по формуле:

^ 2 2

4

V - /V2 + V2 + V2

где

dx

Vx =— = Vn + aR sin a sin ß cos at-aR cos a sin rot; (17) dt

V = — = aR cos a sin ß cos at + aR sin a sin at

dt

dz

V2 =— = -aR cos в cos at.

dt

Обозначим юЛ = Vo - окружная скорость точки М.

После подстановки значений проекций абсолютной скорости точки М на соответствующие оси и преобразования получим:

V = Vn

1+ X + 2XA cos at + X B cos at --2C sin at - X2 D sin2 at

где х = V0;

V п

A = cosa sinP; B = sinp cos2a; C = cosa;

D = sinp cosa(cosa + sina). Абсолютное ускорение точки М определится по формуле:

a =

( d 2 x ^

dt2

+

dt2

+

( d 2 z ^

dt2

d2 x

где —— = -a R sin a sin ß sin at -a R cos a cos at; dt

d2 y dt2 d2 z

= -a2 R cos a sin ß sin at + a2 R sin a cos at;

—^ = a R cos ß sin at. dt2

После подстановки этих значений в формулу (21) и преобразования имеем:

a = a>2R.

Скорость текущей точки М на лезвии диска существенно характеризует процесс вспашки дисковым плугом. Она характеризует как процесс резания и отбрасывания почвы, так и оборот пласта. Естественно, что для изучения процесса вспашки дисковым плугом важно знать об изменении в рабочей зоне диска абсолютной скорости точки М, проекции этой скорости на координатные оси, а также об изменении направления вектора абсолютной скорости в пространстве [5].

Изменение направления вектора абсолютной скорости точки М характеризуется направляющими косинусами. Для более наглядного представления лучше характеризовать это изменение непосредственно углами между координатными осями и вектором самой скорости.

Эти углы определяются по формулам:

V,

(v, l) = arccos V

= arccos

= arccos

V_y_

V

Vl

V

где I,}, k - единичные векторы соответствующих осей.

Обозначим ( Уу) = Фх, (гЭ) = фу, ) = Фг.

Для получения наглядного представления о характере изменения абсолютной скорости точки М в рабочей зоне достаточно построить графики: изменения величины абсолютной скорости, проекции абсолютной скорости на координатные оси и изменения углов между вектором абсолютной скорости и координатными осями при изменении угла поворота диска [6].

Рис. 2 - Анализ скорости

Результаты исследования. Исследование, проведённое при вспашке рисовых чеков на глубину 23...25 см плугом ПНД-4-30 в агрегате с трактором Т-4, показало, что отношение окружной скорости точки на лезвии диска Уо к поступательной скорости агрегата равно:

Х = ^ = 0,9...1,0 при У, = 0,95 м/с.

Уп

Подставим в вышеприведённые формулы (17), (18), (19), (20), (23), (24), (25) значение параметров дискового плуга ПНД-4-30 Я = 0,355 м, а = 42°, в = 15° и полученные экспериментальным путём значения Уп и X. Используя полученные формулы, построим графики изменения абсолютной скорости лезвия диска и проекции этой скорости

на координатные оси, при изменении юt от 0 до 360 (рис. 2).

График (рис. 2 А) изменения абсолютной скорости точки показывает, что минимум этой скорости находится в рабочей зоне, которую можно ограничить углом поворота диска от 15° до 165° - 210° при глубине вспашки 0,25 м [7].

График Б (рис. 2 Б) показывает, что изменение проекции абсолютной скорости на ось ОХ совпадает с характером изменения абсолютной скорости точки М. Однако резкое повышение её значения в зоне отбрасывания почвы нельзя считать желательным. Увеличение х в этой зоне способствует перемещению отбрасываемой почвы вдоль оси ОХ в сторону движения агрегата. Это повышает расход энергии на вспашку и ведёт к созданию хаотической поверхности пашни.

График изменения проекции абсолютной скорости на ось 0У (рис. 2 В) показывает, что в зоне отбрасывания наблюдается уменьшение этой скорости, а при юt > 170° она принимает отрицательные значения.

График Г (рис. 2 Г) показывает, что проекция абсолютной скорости на ось 02 резко растёт в зоне отбрасывания почвы. Это ведёт к непроизводительному расходу энергии, способствует беспорядочному разбросу комьев почвы и создаёт хаотичность на поверхности пашни. Желательно, чтобы в зоне отбрасывания изменение скорости У2 было бы более плавным при меньшей ее величине.

Пунктирной линией показаны на графиках зависимости изменения абсолютной скорости точки М и её проекции на оси ОХ, ОУ, OZ при а = 60° и в = 30° и прежних значениях остальных параметров рабочего органа.

Как видно, изменение численных значений а, в в сторону увеличения привело к уменьшению значения величины абсолютной скорости точки М и уменьшению значений проекций этой скорости в зоне отбрасывания. Вместе с тем увеличилось отрицательное значение проекции абсолютной скорости на ось ОУ, что отрицательно сказывается на обороте пласта [8].

Вывод. Графические зависимости (рис. 2 Д, Е, Ж) позволяют судить о направлении вектора абсолютной скорости точки М в пространстве в каждый момент поворота диска по углу юt [9].

Полученные аналитические и графические зависимости послужат основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований процесса работы дискового плуга.

Литература

1. Петунина И.А., Руднев С.Г. Устойчивость движения плуга // Теория и практика современной аграрной науки: сб. III национ. (всерос.) науч. конф. с междунар. участ. Новосибирск, 28 февраля 2020 года / Новосибирский государственный аграрный университет. Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос», 2020. С. 80 - 83.

2. Петунина И.А., Руднев С.Г. Многослойное крошение пласта почвы при вспашке // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. тез. по матер. Всерос. (национал.) конф., Краснодар, 19 декабря 2019 года / отв. за выпуск А.Г. Кощаев. Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2019. С. 199 - 200.

3. Тарасенко Б.Ф., Горовой С.А., Цыбулевский В.В. Универсальный плуг для безотвальной обработки почвы с цилиндрическими долотами и поворачивающимися лапами и оптимизация его параметров при глубоком рыхлении // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2010. № 60. С. 134 - 146.

4. Пат. № 2436270 С1 Российская Федерация, МПК А01В 63/112, G01L 5/13. Полевая установка для испытаний почвообрабатывающих рабочих органов / Б.Ф. Та-расенко, С.А. Твердохлебов, Н.И. Богатырев [и др.]; № 2010116516/13; заявит. федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»; заявл. 26.04.2010; опубл. 20.12.2011.

5. Многофункциональный плуг с поворотным брусом / Б.Ф. Тарасенко, М.И. Чеботарев, В.В. Цыбулевский [и др.] // Сельский механизатор. 2018. № 7 - 8. С. 6 - 7.

6. Свид. о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2004612256 Российская Федерация. Аналитический расчёт пахотного агрегата / В.В. Цыбулевский; № 2004611702: заявл. 05.08.2004; заявит. Кубанский государственный аграрный университет.

7. Пат. № 2491807 C1 Российская Федерация, МПК A01B 15/00. Плуг: № 2012109055/13 / Е.И. Трубилин, С.М. Сидоренко, К.А. Сохт [и др.]; заявит. федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»; заявл. 11.03.2012; опубл. 10.09.2013.

8. Пат. № 2281634 C1 Российская Федерация, МПК A01B 37/00. Рыхлитель почвы с газодинамическим интенсификатором / А.Н. Пикушов, О.В. Цыганок, В.В. Драгуленко; № 2005103165/12; заявит. федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»; заявл. 08.02.2005; опубл. 20.08.2006.

9. Пикушов А.Н., Драгуленко В.В. Сопротивление перемещения трёхгранного клина в почве // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2009. № 16. С. 199 - 202.

Сергей Георгиевич Руднев, старший преподаватель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, donsergio38@gmail.com

Ирина Александровна Петунина, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, petunina1960@mail.ru

Ирина Васильевна Вульшинская, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, ira.0409200@gmail.com

Мовсес Дмитриевич Сарксян, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, movses.sarksyan.03@mail.ru

Sergey G. Rudnev, senior lecturer. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, donsergio38@gmail.com

Irina A. Petunina, Doctor of Technical Sciences, Professor. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, petunina1960@mail.ru

Irina V. Vulshinskaya, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, ira.0409200@gmail.com

Movses D. Sarksyan, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St.,

Krasnodar, 350044, Russia, movses.sarksyan.03@mail.ru

-♦-

Научная статья УДК 631.312.021.6

Определение удельного сопротивления дискового плуга

Сергей Георгиевич Руднев, Борис Фёдорович Тарасенко, Виктор Александрович Дробот,

Мовсес Дмитриевич Сарксян

Кубанский государственный аграрный университет

Аннотация. Наиболее распространённым показателем, характеризующим энергоёмкость процесса вспашки, является удельное сопротивление плуга - лемешного или дискового. Рабочим органом дискового плуга является сферический диск, дно борозды при вспашке которым имеет гребнистый профиль. Цель и задачи исследования - нахождение уравнения удельного сопротивления дискового плуга и построение графиков зависимости. Выведены формулы, определяющие связь гребнистости дна борозды и поперечного сечения пласта с параметрами рабочего органа дискового плуга. Установлено, что гребнистость профиля дна борозды не зависит от глубины вспашки, а определяется радиусом диска, расстановкой смежных дисков, углами постановки дисков. За исходные данные взяты параметры дисков плуга марки ПНД-4-30. Выявлено, что для глубины вспашки 0,2 м поперечное сечение пласта по ширине захвата у дискового плуга на 10,8 % меньше, чем у лемешного, а при глубине 0,3 м - на 7,4 %.