Введение. Для поверхностной обработки почвы широко используют ротационные орудия с дисковыми рабочими органами [1, 2, 3]. В конструктивном плане диски выполняют круглыми, сферическими, игольчатыми, эллипсовидными и многоугольными [4, 5, 6]. Многоугольные диски почвообрабатывающих орудий были разработаны в последние десятилетия учёными Омского ГАУ [7, 8] и реализованы на практике в виде вписанных в окружность шестиугольных дисков. Интерес представляют многоугольные диски, которые закрепляются на валу наклонно и, следовательно, совершают сложное пространственное движение. Первая попытка разработки почвообрабатывающего орудия с наклонными квадратными дисками была предпринята исследователями из Франции [9]. Однако орудие не было реализовано, поскольку оказалось технологически неустойчивым и не обеспечивало равномерную глубину обработки почвы. В результате наклонного закрепления квадратных дисков на валу их профильные проекции становились прямоугольными, а это приводит к нарушению постоянства расстояния от вершин квадратных дисков до оси вращения. Поэтому в процессе обработки почвы рама секции совершает вертикальные колебания, а сами диски работают рывками.Цель исследований – обоснование параметров ротационного почвообрабатывающего орудия для поверхностной обработки почвы с наклонными шестиугольными дисками.Условия, материалы и методы. Методика расчёта предусматривала разработку теоретических предпосылок для обоснования параметров ротационного почвообрабатывающего орудия для поверхностной обработки почвы (рис. 1), разработанного в Казанском ГАУ.   Рис. 1 – Конструктивно-технологическая схема орудия: 1 – рама; 2 – навесное устройство; 3 – опорные колёса; 4 – винтовые механизмы регулировки глубины обработки; 5, 6 – ротационные батареи; 7, 8 – валы; 9 – наклонные шестиугольные диски; 10, 11 – подшипниковые опоры; 12 – цепная передача: 13 – шарнирные поводки; 14 – прикатывающий ротор; 15 – пружинный догружатель Орудие состоит из цельносварной рамы 1, навесного устройства 2, опорных колёс 3, которые снабжены винтовыми механизмами 4 регулировки глубины обработки почвы. На раме 1 размещены ротационные батареи 5 и 6, которые включают жёстко закреплённые на валах 7 и 8 наклонные шестиугольные диски 9. Валы 7 и 8 установлены на подшипниковых опорах 10 и 11 и для синхронизации работы кинематически соединены между собой при помощи цепной передачи 12. На раме 1 посредством шарнирных поводков 13 установлен также прутковый прикатывающий ротор 14, снабжённый пружинным догружателем 15.При поступательном движении орудия шестиугольные диски 9 заглубляются в почву на заданную глубину обработки. Благодаря силе трения почвы о рабочие поверхности, они вращаются вокруг своих осей и совершают в вертикально-поперечной плоскости дополнительное колебательное движение. В результате активизируется процесс рыхления почвы, дробления и измельчения комков. Благодаря надёжному и стабильному защемлению и разрезанию кромками дисков почвенно-растительной массы в двух плоскостях сорная растительность уничтожается эффективнее. Прутковый ротор 14 в свою очередь выравнивает микрорельеф, дополнительно крошит почву и уплотняет разрыхленный верхний слой.Шестиугольные диски с точки зрения геометрии исполнения представляют собой вписанные в эллипс плоские шестиугольные пластины с двухсторонней заточкой рабочих граней (рис. 2).Они закреплены на валу батареи с наклоном большой оси эллипса к оси вала строго под углом a:a = arcsin  (b/ а),          (1)где b – малая полуось эллипса, м; а – большая полуось эллипса, м.Такое закрепление дисков обеспечивает постоянство расстояния от их вершин до оси вращения вала, поскольку только в этом случае профильная проекция эллипса, который описывает шестиугольные диски, превращается в окружность с диаметром D, следовательно, в «правильные» шестиугольники.Методика расчётов предусматривала разработку теоретических предпосылок для обоснования параметров ротационного орудия для поверхностной обработки почвы с наклонными шестиугольными дисками и базировалась на основных положениях аналитической геометрии. Практические расчёты выполнены с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel из стандартного набора Microsoft Office.Результаты и обсуждение. Один из основных параметров почвообрабатывающего орудия – диаметр окружности, которая описывает шестиугольный диск в профильной плоскости (диаметр шестиугольного диска). Он определяется согласно известной эмпирической зависимости [10]:D = k a п ,            (2)где k – коэффициент, равный для орудий поверхностной обработки почвы 4…6; a п – глубина обработки почвы, м. Рис. 2 – Схема наклонного шестиугольного диска: D – диаметр диска; φ – угол, характеризующий положение сегментов шестиугольника в профильной плоскости; ψ – угол, характеризующий положение сегментов шестиугольника в плоскости самого диска; 2b, 2а– малая и большая оси эллипса; L, с – геометрические размеры дискаПоскольку a п = 0,08 м, из формулы (2) имеем, что рациональные значения диаметра D = 0,32…0,48 м.Значения параметров самого эллипса определяются исходя из величин диаметра D диска и угла α закрепления его на валу, согласно выражениям:а = D/  (2 sin a); b = D/  2.        (3)Отметим, что значение угла α, входящего в выражение (3), должно обеспечивать скользящее вхождение режущих кромок дисков в почву. Выражение для обоснования рациональной величины угла закрепления шестиугольных дисков на валу батареи имеет вид:a > φтр  + і.            (4)где φтр  – угол трения скольжения почвы о рабочие поверхности диска, град; і – угол заточки диска, град.Если взять за основу значений угла трения различных почв о стальную поверхность рабочих органов φтр  = 35°…40°, а угла заточки дисков і = 15°, то в соответствии с формулой (9) получим, что рациональная величина угла закрепления дисков на валу батареи должна соответствовать условию: a > 50°…55°.В ходе технологического процесса треугольные сегменты (далее – сегменты) диска в течение одного оборота поочерёдно входят в почву под разными углами b, определяемыми по уравнению:β = arcsin sin2ψ+(sinα cosψ)2 ,     (5)где ψ – угол, характеризующий положение сегментов в плоскости диска, град.Угол ψ  рассчитывается для каждого из шести сегментов в отдельности (рис. 2) в соответствии с формулой перевода угловых параметров из одной координатной системы в другую, согласно выражению:ψ=arcsin sina sin φ /cos2φ+(sina sin φ)2 ,  (6)где φ – угол, характеризующий положение сегментов в профильной плоскости, град.Результаты расчёта, проведённого при a = 70°, свидетельствуют о том, что значения углов β вхождения сегментов шестиугольного диска в почву в течение одного оборота различны (см. табл.). Первый и шестой сегменты диска входят в почву под углом 72,5°, второй и пятый – под углом 90°, третий и четвёртый – под углом 107,5°. Переменный характер угла вхождения дисков в почву способствует самоочищению междискового пространства от прилипшей почвы и растительных остатков и учитывается при определении тягового сопротивления орудия.Таблица – Результаты расчёта параметров шестиугольного диска Номерсегменташестиугольного диска  φ, градус ψ ,градусградус градус β, градусградус13028,572,529090903150151,5107,54210208,5107,55270270906330331,572,5 После определения рациональных значений D  и a рассчитываются параметры самого эллипса:                а = D/  (2 sin a) = 0, 42 /  (2 ·  0, 939) = 0, 223 м;b = D/  2 = 0, 42 /  2 = 0, 21 м.Динамическая устойчивость ротационных орудий зависит, как известно, от взаимного уравновешивания осевых реакций почвы на рабочие поверхности в каждой батареи. В предлагаемом почвообрабатывающем орудии, в отличие от известной конструкции [9], оно достигается путём поворота (смещения) шестиугольных дисков один относительно другого вокруг оси вала по часовой или против часовой стрелки строго на угол, вычисляемый по следующей формуле:ɛ = 180 k / (n –1),          (7)где n – количество шестиугольных дисков в секции, k – нечётное количество периодов суммарного поворота дисков на 180°.При проектировании орудия возникает задача рационального размещения шестиугольных дисков на валах ротационных батарей, поскольку от этого зависит качество обработки почвы и устойчивость работы ротационного орудия. Рассмотрим этот вопрос при следующих исходных данных и рациональных параметрах (рис. 3): ширина захвата почвообрабатывающего орудия (модуля) В =1,8 м; диаметр дисков D = 0,42 м; угол закрепления дисков на валу a = 70°; расстояние между центрами дисков (шаг расстановки дисков) S= 0,105 м.  Рис. 3. – Схема расстановки шестиугольных дисков: В – ширина захвата почвообрабатывающего орудия; D – диаметр дисков; S – расстояние между центрами дисков; А – амплитуда колебаний вершин шестиугольных дисковРотационные батареи устанавливают, как правило, в два ряда. Определяем необходимое количество шестиугольных дисков в каждой батареи:n = В /  S = 1,8 /  0,105 = 17,14 шт.       (8)Округляем полученное значение количества дисков до ближайшего целого числа, то есть n = 17 шт.Взяв за основу k = 1, рассчитаем по выражению (6) угол поворота дисков один относительно другого, обеспечивающий полное взаимное уравновешивание осевых реакций почвы:ɛ = 180 k / (n –1)= 180 ·  1 /  (17 – 1) = 11,25°.Величина амплитуды колебания вершин шестиугольных дисков составит:А = D / tg a = 0,42 /  2,747 = 0,15 м.Проверка параметра ширины захвата показала, что его величина совпадает с заданным значением, что указывает на правильность проведённого расчёта:В = S (n – 1) + 0,5 А + 0,5 А = 0,105 (17 – 1) + 0,075 + 0,075 = 1,8 м.В заключение определим отдельные геометрические размеры шестиугольного диска, которые необходимы при его изготовлении (см. рис. 2, поз. Б):L = D cos  30° = 0,42 ·  0,866 =0,363 м;с = D / (2sin a) = 0,42 / (2 ·  0, 939) = 0,223 м.Вывод. Разработанные теоретические предпосылки и произведённые расчёты позволяют спроектировать и изготовить ротационное почвообрабатывающее орудие для поверхностной обработки почвы с рациональными технологическими и конструктивными параметрами: ширина захвата В = 1,8 м; количество ротационных батарей 2; диаметр дисков D = 0,42 м, угол закрепления дисков на валу a = 70°, расстояние между центрами дисков S= 0,105 м; количество дисков в каждой батареи n = 17 шт.; угол поворота (смещения) дисков один относительно другого вокруг оси вала ɛ = 11,25°.