Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04621910910.12737/article_5a1d9587a0d852.23012684Технические наукиТехнические наукиINVESTIGATION OF SOIL MOTION ALONG THE WORKING SURFACE OF A DISK CULTIVATORИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ПОЧВЫ ПО РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИСКОВОГО КУЛЬТИВАТОРАВалиевАйрат РасимовичValievAyrat Rasimovichayratvaliev@mail.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Казанский государственный аграрный университетКазаньРоссияKazan State Agrarian UniversityKazanRussian Federation1235460https://zh-szf.ru/en/nauka/article/19109/view
Представлены результаты теоретических исследований дискового культиватора, рабочие органы которого состоят из двух плоских дисков, наклоненных друг к другу в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Расстояние между верхними передними кромками дисков больше, чем между нижними задними. При движении дисков в почве пласт защемляется между ними, отрывается от дна борозды, поднимается незначительно вверх и укладывался обратно в борозду в разрыхленном состоянии. Основными конструктивными и регулировочными параметрами рабочего органа являются угол наклона дисков γ, расстояние между дисками d и радиус дисков R. Целью данной работы является теоретическое исследование процесса движения пласта почвы в междисковом пространстве и обоснование конструктивных и регулировочных параметров разработанного дискового культиватора. На основании методов теоретической механики исследованы условия отделения частиц почвы от основного монолита и их движение по рабочей поверхности дисков. Получены уравнения, описывающие траектории движения частиц почвы с учетом конкретных почвенных условий, характеризуемых основными механическими параметрами почвы, а также в зависимости от параметров рабочего органа и глубины обработки почвы. По результатам решения этих уравнений установлено, что в процессе работы на глубине до 16 см, при расстоянии между дисками d = 0,15…0,20 м, углах наклона дисков γ = 6…90 и радиусе дисков R = 0,25 м, пласт почвы будет гарантированно отрываться от монолита, приподниматься до высоты выше горизонтальной оси дисковых рабочих органов и сходить с междискового пространства. При этом с одной стороны, достигается предельное значение относительной деформации почвы в обрабатываем слое, обеспечивается ее разрушение и крошение, а с другой – исключается перекидывание частиц почвы вперед и забивание рабочих органов дискового культиватора.
The results of theoretical studies of a disk cultivator are presented, the working units of which consist of two flat discs, inclined to each other in the horizontal and vertical planes. The distance between the upper leading edges of the discs is greater than between the lower rear edges. When the discs move in the soil, the layer is jammed between them, breaks off from the bottom of the furrow, rises slightly upwards and is laid back into the furrow in the loosened state. The main constructive and adjusting parameters of the working unit are the inclination angles of discs γ, the distance between the discs d and the radius of the disks R. The purpose of this work is a theoretical study of the soil movement process in the inter-disk space and the rationale for the design and adjusting parameters of the developed disc cultivator. Based on the methods of theoretical mechanics, the terms for separating the soil particles from the main monolith and their motion along the working surface of the disks are investigated. Equations, describing the trajectories of soil particles with allowance for specific soil conditions, characterized by the basic mechanical parameters of the soil and also depending on the parameters of the working organ and the depth of soil cultivation are obtained. Based on the results of solving these equations, it is established that in the process of working at a depth of up to 16 cm, with a distance between the disks d = 0.15 ... 0.20 m, disc angles γ = 6 ... 90 and disk radius R = 0.25 m, the soil will be guaranteed to tear off from the monolith, rise to a height above the horizontal axis of the disk working units and leave the interdisk space. At the same time, on the one hand, the limiting value of the relative deformation of the soil is reached in the layer being processed, its fracture and crumbling are ensured, and on the other hand, the soil particles are thrown forward and the working organs of the disk cultivator are blocked.
обработка почвыдисковый культиваторротационное орудиедеформация почвытраектория движения почвыэнергоемкость.soil cultivationdisk cultivatorrotary toolsoil deformationtrajectory of soil movementenergy intensity
Ротационные орудия с дисковыми рабочими органами широко применяются для поверхностной обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур по различным технологиям. Они обладают рядом преимуществ, которые делают их предпочтительными в сравнении с другими орудиями, предназначенными для выполнения той же операции. Это простота конструкции, меньшая энергоемкость, более высокая технологическая надежность, относительно низкий износ рабочих органов и др. [1, 2, 3, 6, 8].Однако, как показывает анализ исследований в этой области, все еще не полностью используются потенциальные возможности дисковых рабочих органов. В России и во многих других передовых странах Европы, США, Канаде активно проводятся исследования по разработке и совершенствованию почвообрабатывающих орудий на основе дисковых рабочих органов [4, 5, 7, 9]. Так, в процессе работы сферических дисковых рабочих органов, которые получили наибольшее распространение для поверхностной обработки почвы, отделение обрабатываемого слоя почвы от монолита и его крошение в большей степени происходят за счет деформаций сжатия и изгиба. В то же время, сопротивление деформации сжатия требует наибольшего усилия, а деформации разрыва – наименьшего. Например, если принять сопротивление разрыву почвы за 1, то сопротивление деформациям сжатия, сдвига и изгиба будут соответственно равны 13, 2 и 10. То есть, в зависимости от типа и влажности почвы, временное сопротивление сжатию почти в 13…20 раз больше, чем временное сопротивление разрыву, и в 2…3 раза больше сопротивления сдвигу [10]. Из этого следует, что наиболее рациональным при обработке почвы является использование деформаций растяжения и сдвига.Учитывая вышеизложенное, нами разработан культиватор, рабочие органы которого состоят из двух плоских дисков, наклоненных друг к другу в горизонтальной и вертикальной плоскостях так, что расстояние между верхними передними кромками дисков было больше, чем между нижними задними [11, 12]. При движении дисков в почве пласт защемляется между ними, отрывается от дна борозды, поднимается незначительно вверх и укладывался обратно в борозду в разрыхленном состоянии. В процессе работы дисков происходит разрушение и отрыв обрабатываемого слоя от основного монолита за счет растягивающих деформаций. Цель исследования. Целью данной работы является теоретическое исследование процесса движения пласта почвы в междисковом пространстве и обоснование конструктивных и регулировочных параметров разработанного дискового культиватора.
ВалиевА.Р., ЗиганшинБ.Г., Мухамадьяров. Ф.Ф. Современные почвообрабатывающие машины: регулировка, настройка и эксплуатация. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2015.-180 с.Valiev A.R., Ziganshin B.G., Mukhamadyarov F.F. Sovremennye pochvoobrabatyvayuschie mashiny: regulirovka, nastroyka i ekspluatatsiya. [Modern tillage machines: setup, adjustment and operation]. //- Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU, 2015. P. 180.Матяшин Ю.И., Зиганшин Б.Г., Валиев А.Р. и др. Техническое обеспечение инновационных технологий в растениеводстве. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2009. - 220 с.Matyashin Yu.I., Ziganshin B.G., Valiev A.R. and others. Tekhnicheskoe obespechenie innovatsionnykh tekhnologiy v rastenievodstve. [Technical support of innovative technologies in plant growing]. // Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU, 2009. - P. 220.Калинин А.Б., Врублевский В.Д., Смелик В.А., Теплинский И.З. Основные тенденции развития технического оснащения отраслей растениеводства сельхозпредприятий Северо-запада РФ // Материал международного агропромышленного конгресса «Крупный и малый бизнес в АПК: роль, механизмы взаимодействия, перспективы». - Спб.: Ленэкспо, 2009. - С.123.Kalinin A.B., Vrublevskiy V.D., Smelik V.A., Teplinskiy I.Z.Osnovnye tendentsii razvitiya tekhnicheskogo osnascheniya otrasley rastenievodstva selkhozpredpriyatiy Severo-zapada RF. // Material mezhdunarodnogo agropromyshlennogo kongressa “Krupnyy i malyy biznes v APK: rol, mekhanizmy vzaimodeystviya, perspektivy”. (The main tendencies of crop sector technical equipment development of agricultural enterprises in the North-West of the Russian Federation. // Proceedings of international agro-industrial congress “Large and small business in the agroindustrial complex: the role, mechanisms of interaction, prospects). - Spb.: Lenekspo, 2009. - P. 123.Vilde A. Up-to-date trends in soil tillage engineering. [31.03.2011]. Available at: http://www.pan-ol.lublin.pl/wydawnictwa/TMot3/Vilde2.pdf.Vilde A. Up-to-date trends in soil tillage engineering. [31.03.2011]. Available at: http://www.pan-ol.lublin.pl/wydawnictwa/TMot3/Vilde2.pdf.Coolman F. Developments in Dutch Farm Mechanization: Past and Future. Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of Scientific Research and Development. Vol. IV. Wageningen, the Netherlands, 2002,pp. 1-10.Coolman F. Developments in Dutch Farm Mechanization: Past and Future. Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of Scientific Research and Development. Vol. IV. Wageningen, the Netherlands, 2002,pp. 1-10.Калинин А.Б. Современные культиваторы для почвосберегающих технологий // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. - 2006. - № 9. - С.12-15.Kalinin A.B. Modern cultivators for soil-conserving technology. [Sovremennye kultivatory dlya pochvosberegayuschikh tekhnologiy]. // Selskokhozyaystvennaya tekhnika: obsluzhivanie i remont. - Agricultural machinery: maintenance and repair. - 2006. - №9. - P. 12-15.Джабборов Н.И., Добринов А.В., Эвиев В.А., Федькин Д.С. Основы повышения энергоэффективности технологических процессов и технических средств обработки почвы. - Элиста: Калмыцкий государственный университет им. Б.Б. Городовикова, 2016. - 168 с.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Eviev V.A., Fedkin D.S. Osnovy povysheniya energoeffektivnosti tekhnologicheskikh protsessov i tekhnicheskikh sredstv obrabotki pochvy. [Bases of energy efficiency increase of technological processes and technical means of soil cultivation]. // - Elista: Kalmytskiy gosudarstvennyy universitet im. B.B. Gorodovikova, 2016. - P. 168.Джабборов Н.И., Добринов А.В., Федькин Д.С. Агроэкологические принципы формирования зональной системы обработки почвы // Региональная экология. - 2015. - № 5(40). - С. 23-27.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Fedkin D.S. Agroecological principles of the zonal soil cultivation system formation. [Agroekologicheskie printsipy formirovaniya zonalnoy sistemy obrabotki pochvy]. // Regionalnaya ekologiya. - Regional ecology. 2015. - № 5(40). - P. 23-27.Sarauskis E, Masilionyte L, Romaneckas K, Kriauciuniene Z, Jasinskas A. The effect of the disc coulters forms and speed ratios on cutting of crop residues in no-tillage system. Bulg J AgriSci 19. 2013, pp. 620-624.Sarauskis E, Masilionyte L, Romaneckas K, Kriauciuniene Z, Jasinskas A. The effect of the disc coulters forms and speed ratios on cutting of crop residues in no-tillage system. Bulg J AgriSci 19. 2013, pp. 620-624.Панов И.М., ВетохинВ.И. Физические основы механики почв. - Киев: Феникс, 2008. - 266 с.Panov I.M.,VetokhinV.I. Fizicheskie osnovy mekhaniki pochv. [Physical basis of soil mechanics]. // Kiev: Feniks, 2008. - P. 266.Патент № 2552364 РФ, МПК 7 А01В 35/28. Ротационный культиватор / Валиев А.Р., Зиганшин Б.Г., Низамов Р.М. и др. - Заявлено 03.02.2014. Опубл.10.06.2015. Бюл. №16.Patent №2552364 RF, MPK 7 A01V 35/28. Rotatsionnyy cultivator. (The patent №2552364 of the Russian Federation, MPK 7 A01V 35/28. Rotary cultivator. / Valiev A.R., Ziganshin B.G., Nizamov R.M. and others. - Declared 03.02.2014. Published 10.06.2015. Bulletin №16).Патент № 2520124 РФ, МПК 7 А01В 21/08, 23/00, 35/28. Ротационное орудие для поверхностной обработки почвы / Валиев А.Р., Зиганшин Б.Г., Низамов Р.М. и др. - Заявлено 26.11.2012. Опубл. 20.06.2014. Бюл. № 17.Patent №2520124 RF, MPK 7 A01V 21/08, 23/00, 35/28. Rotatsionnoe orudie dlya poverkhnostnoy obrabotki pochvy. (The patent №2520124 of the Russian Federation, MPK 7 A01V 21/08, 23/00, 35/28. Rotary tools for surface tillage. / Valiev A.R., Ziganshin B.G., Nizamov R.M. and others. - Declared 26.11.2012. Published 06.20.2014. Bulletin №17).Valiev A., Muhamadyarov F. Study of soil stratum deformation by disc cultivator // Engineering for rural development: Proceedings of 15thIntrnational Scientific Conference. Jelgava: LatviaUniversityofAgriculture, 2016. Vol. 15, pp. 1378-1385Valiev A., Muhamadyarov F. Study of soil stratum deformation by disc cultivator // Engineering for rural development: Proceedings of 15thIntrnational Scientific Conference. Jelgava: LatviaUniversityofAgriculture, 2016. Vol. 15, pp. 1378-1385.