Россия
Применяемые технические средства для поверхностной обработки почвы не в полной мере отвечают требованиям технологии по качественному крошению почвы и уничтожению сорной растительности. Для решения этой проблемы на более качественном уровне в последние годы разрабатываются ротационные орудия, рабочие органы которых совершают сложное перемещение в пространстве. Как показывает анализ, эти орудия работают неустойчиво и неравномерно обрабатывают почву. Для устранения этих недостатков в Казанском ГАУ разработано ротационное орудие с эллипсовидными дисками, которые наклонены к оси вращения строго под расчётным углом. В настоящей статье исходя из условия, обеспечивающего скользящее вхождение ротационных рабочих органов в почву, рассматривается вопрос теоретического обоснования оптимального значения угла наклона эллипсовидного диска к оси вращения рабочей батареи. Определяются также отдельные технологические параметры, в частности, угол и величина вхождения эллипсовидного диска в почву, а также длина рабочей части его режущей кромки. Полученные зависимости позволяют более детально проанализировать процесс взаимодействия диска с обрабатываемой средой.
обработка почвы; ротационное орудие; эллипсовидный диск; конструктивные и технологические параметры.
Для обработки почвы как по классической, так и минимальной технологиям широко применяются ротационные орудия дискового типа [10, 11, 14]. Они более перспективны в части энерго и ресурсосбережения, просты по конструкции и имеют достаточно высокую производительность [2, 7, 13]. Диски выполняются круглыми, шестиугольными и сферическими [3]. Для улучшения крошения почвы и эффективного уничтожения сорняков в Казанском ГАУ ведутся активные исследования по разработке почвообрабатывающего орудия с эллипсовидными дисками, которые при поступательном движении агрегата совершают сложное перемещение в пространстве [4, 5]. Отличительной особенностью данного орудия является то, что эллипсовидные диски здесь наклонные, причём угол наклона большой оси дисков (в дальнейшем – угол наклона дисков) к оси вращения строго согласован с конструктивными их параметрами по следующей формуле:
α = arcsin(b / а), (1)
где b, а – малая и большая полуоси эллипсовидных дисков.
Изучить процесс взаимодействия диска с обрабатываемой средой невозможно без теоретического определения и обоснования отдельных конструктивных и технологических параметров предлагаемого ротационного почвообрабатывающего орудия.
Анализ и обсуждение результатов. Анализ показывает, что для обеспечения работоспособности, а также минимизации тягового сопротивления почвообрабатывающего орудия, значение угла наклона эллипсовидного диска (в дальнейшем – диск) к оси вращения должно быть оптимальным, а конструктивные, кинематические и технологические параметры орудия должны быть определены в дальнейшем исходя из этих оптимальных значений.
Обоснование оптимального значения угла наклона производим из условия, обеспечивающего скользящее вхождение диска в почву (рисунок 1). Положение диска в расчётной схеме характеризовано углом вхождения βmin , поскольку, как показали исследования, оно вместе с положением диска, когда угол вхождения βmax является единственным, где потребуется максимальное усилие для вхождения (внедрения) диска в почву. Диск входит в почву по оси Z под действием вертикального усилия Pz. Фронтальная реакция почвы Qz на режущую кромку (лезвие) диска направлена противоположно оси Z и равна по модулю вертикальному усилию Pz . Согласно исследованиям проф. Канарёва Ф.М. [6] скользящее вхождение ротационного рабочего органа в почву обеспечивается лишь в том случае, когда фронтальная реакция почвы на режущую кромку выходит за пределы так называемого конуса трения.
Следовательно, для обеспечения скользящего вхождения диска в почву направление фронтальной реакции почвы Qz должно выходить за пределы конуса трения, а это возможно лишь при соблюдении следующего условия:
Pz sin α z > Fтр . (2)
В свою очередь сила трения определяется по известной формуле:
Fтр = N tg φтр = Pz cos αz tg φтр , (3)
1. Бермант А.Ф. Краткий курс математического анализа / А.Ф. Бермант, И.Г. Араманович. - Санкт-Петербург: «Лань», 2005. - 735с.
2. Валиев А.Р. Совершенствование бесприводных ротационных рабочих органов для поверхностной обработки почвы / Ю.И. Матяшин, А.Р. Валиев, Л.Ф. Сиразиев, К.В. Федулкина // Вестник Казанского ГАУ. - 2012. - № 1 (23). - с. 93 - 97.
3. Валиев А.Р. Классификация ротационных рабочих органов почвообрабатывающих машин / Ф.Ф. Яруллин, А.Р. Валиев // Аграрная наука XXI века. Актуальные исследования и перспективы / Труды международной научно-практической конференции. - Казань: Казанского ГАУ, - 2015. - С.147-154.
4. Гайнутдинов Р.Х. Ротационное орудие для поверхностной обработки почвы с эллипсовидными дисками / Р.Х. Гайнутдинов, С.М. Яхин, И.И. Алиакберов // Вестник Казанского ГАУ. - 2016. - № 2 (40). - с. 64 - 67.
5. Гайнутдинов Р.Х. Кинематика эллипсовидного диска ротационного орудия для поверхностной обработки почвы / Р.Х. Гайнутдинов, С.М. Яхин, И.И. Алиакберов, Г.В. Пикмуллин // Техника и оборудование для села. - 2016. - № 8 (230). с.10-14.
6. Канарёв Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия / Ф.М. Канарёв. - М.: Машиностроение, 1983. - 142 с.
7. Кашапов И.И. Энергосберегающие технологии в АПК / И.И. Кашапов, Б.Г. Зиганшин, Н.А. Корсаков, А.Р. Валиев // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы VI международной научно-практической конференции. - Саратов: ООО «ЦеСАин», 2015. - с. 88 - 90.
8. Кузьмич Л.С. Эллиптические функции. Эллиптические интегралы: Алгоритмы точного решения / Л.С. Кузьмич. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013 . - 48 с.
9. Матяшин Ю.И. Расчёт и проектирование ротационных почвообрабатывающих машин / Ю.И. Матяшин, И.М. Гринчук, Г.М. Егоров. - М.: Агропромиздат, 1988. - 174 с.
10. Современные почвообрабатывающие машины: регулировка, настройка и эксплуатация / Р.Р. Валиев, Б.Г. Зиганшин Ф.Ф. Мухамадьяров, С.М. Яхин, Д.Т. Халиуллин, И.И. Файзрахманов. - Санкт-Петербург: «Лань», 2016.-208c.
11. Сохт К.А. Дисковые бороны и лущильники / К.А. Сохт, Е.И. Трубилин, В.И. Кисилев. - Краснодар: Кубанский ГАУ, 2014. - 164 с.
12. Теория, конструкция и расчёт сельскохозяйственных машин / Е.С. Босой, О.В. Верняев, И.И. Смирнов, Е.Г. Султан - Шах. - М.: Машиностроение, 1978. - 568 с.
13. Яруллин Ф.Ф. Разработка и обоснование параметров ротационного орудия для поверхностной обработки почвы: дисс. … канд. техн. наук: 05.20.01 / Ф.Ф. Яруллин. - Казань: Казанский ГАУ, 2015. - 191 с.
14. Valiev, A. Improvement of rotary tools for the pre-sowing soil cultivation conditions / A. Valiev, J. Matjashin, B. Ziganshin, L. Siraziev // Proceedings of XX International scientific and technical conference on transport, road-building, agricultural, hosting & hauling and military technics and technologies «TRANS & MOTAUTO’12». - Varna, Bulgaria: Scientific-technical union of mechanical engineering , 2012. - р.94-96.
