сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
Россия
Россия
Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
При решении инженерных задач в почвообработке применяется удельное сопротивление почвы. Применение твердограмм является более предпочтительным при конструировании почвообрабатывающих рабочих органов и эксплуатации сельскохозяйственной техники. Разработанные технологии и приборы для непрерывного послойного определения продольной твёрдости пахотного слоя позволяет получить почвенные карты по твердости, создать базу данных. К факторам, влияющим на изменчивость твердости, относятся технология возделывания культур, ширина междурядий, параметры, количество и колея движителей мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных орудий, ширина технологической колеи. Рассмотрено влияния степеней свободы рабочих органов на интенсивность рыхления почвы, величину и характер изменения тягового сопротивления как отдельного рабочего органа, так и всего орудия. Предложен комбинированный рабочий орган в составе черенкового ножа, встроенного в него дренера, пружинного кротователя на подпружиненной тяге, создающий условия для реализации малоинтенсивных видов деформаций, эффекта Баушингера. Достоинством рабочего органа является непрерывная автоматическая адаптация геометрических параметров. Для проектного и прочностного расчета таких рабочих органов, синтеза упругих характеристик рекомендовано использовать методы теории случайных колебаний. Силовое и кинематическое возмущение колебаний обусловлено изменчивостью твердости пахотного слоя, скорости движения рабочего органа, виброреологических свойства почвы, параметрами упругой характеристики системы пружин кротователя. Дано обоснование сглаживающей возможности проектируемой динамической системы путем обоснования рациональных конструкционных параметрах, выбора материала, определения параметров системы по известным характеристикам на входе и выходе.
твердость почв, твердограмма, силовое и кинематическое возмущение, комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган, степень свободы рабочего органа, метод теории случайных колебаний.
Характеристикой почвы, используемой при проектировании почвообрабатывающих рабочих органов, является ее удельное сопротивление. Удельное сопротивление зависит от влажности, плотности, физико-механических свойств, гранулометрического состава, содержания гумуса, является переменной величиной даже для почвы на одном поле, на одном участке. Профессор Медведев А.А.[1] полагает, что плотность сложения почвы не дает однозначного основания для оценки энергетических показателей процесса ее обработки рабочим органом почвообрабатывающего орудия. Наиболее корректным показателем прочностных свойств почвы при конструировании и эксплуатации почвообрабатывающей техники следует считать твердость почвы. Твердость как прочностной показатель должна стать важным в решении вопроса о способе и интенсивности обработки почвы. Применение твердости для вышеперечисленных целей сдерживает отсутствие базы данных. Твердограммы могут найти применение для оценки эрозионной устойчивости почв, в качестве альтернативы удельному сопротивлению, при определении несущей способности почв, проходимости машинно-тракторных агрегатов в зависимости от типа ходовой системы, при конструировании рабочих органов почвообрабатывающих машин и т.д.
Целью статьи является обоснование путей реализации параметров изменчивости твердости почв при разработке почвообрабатывающих рабочих органов.
Условия, материалы и методы исследования. Ученые Шведского университета разработали оборудование и метод непрерывного измерения продольной твердости по слоям для построения почвенных карт по твердости [11]. На участках с высокой изменчивостью плотности и твердости [2] предложено использовать твердограмму пахотного слоя для регулирования режима работы почвообрабатывающей фрезы в целях обеспечения требуемого качества рыхления почвы за один проход орудия. Шакиров Р.Р. [3] предложил использовать сигналы твердомера, установленного на переднем мосту колесного трактора, для оперативного управления подачей топлива топливным насосом. Совершенствованию метода и технических средств для горизонтального
измерения твёрдости почвы посвящены исследования [4].
Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показали, что твердость, как и прочность почвы, является непостоянной величиной даже в пределах одного участка[5]. Твердость как прочностной показатель зависит от скорости движения рабочего органа, а это в свою очередь через характер протекания диаграммы «напряжение – деформация», отражается на энергозатратах на ее обработку. Таким образом, твердограммы следует учитывать при проектировании конструкции рабочих органов, выборе рациональной скорости и глубины обработки, составлении почвообрабатывающих агрегатов.
Изменение твердости почвы имеет случайный характер как по продолжительности, так и по величине отклонения. Чем больше длина гона, представленная на твердограмме, тем больше вероятность повторения некоторых статистических закономерностей регистрированных значений твердости. Это объясняется возрастанием информативности реализации. Такое распределение зарегистрированных численных значений позволяет этот процесс признать случайным: зная характер изменения величины на пройденной длине гона нельзя предсказать его характер на оставшемся пути.
В работе [6] при определении твердости поля установлено, что с увеличением скорости движения (с 1,5 м/с до 1,96 м/с) спектры дисперсии сдвигаются в сторону увеличения частот, при которых спектральная плотность максимальна: (0,240 – 0,628) 1/с. Твердограммы получены на делянках из-под кукурузы на силос, обработанных в течение 7 последних лет на глубину 25 – 30 см: отвальным плугом (вариант А), плоскорезом (вариант Б), плоскорезом (на глубину 10-15 см) в течение 3 предыдущих лет (вариант В). Анализ полученных твердограмм показал, что изменения твердости почвы носят широкополосный характер, коэффициент вариации составил 9,1…9,8%. Процесс изменения сопротивления почвы имеет низкочастотный спектр дисперсии с частотой среза до 5,03 с-1.
Изменение твердости почвы будем рассматривать как центрированную случайную функцию с нормальным законом распределения ее численных значений [7]. На твердограмме выделяем случайные и периодические составляющие. Гармонические составляющие различны как по величине отклонения сигнала датчика твердомера, так и по частоте повторения. Через характеристики изменчивости твердости оценим вероятную амплитуду и частоту – количество отклонений величины на твердограмме, соответствующей определенной длине гона и определенной скорости. Эти величины будут приняты в качестве исходных значений для проектных расчетов рабочих органов по условиям усталостной прочности.
1. Медведев, А.А. Твердость почв / А.А. Медведев. - Харьков: Изд-во «Городская типография». 2009.- 152 с.
2. Давидсон, Е.И. Отслеживание неравномерности плотности почвы / Е.И. Давидсон //Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - №4. - С.41.
3. Шакиров, Р.Р. Повышение эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата за счет совершенствования регулирования топливоподачи двигателя: автореф. дисс. … канд. техн. наук: 05.20.01. - Саранск, - 2011.- 17 с.
4. Валиев, А.Р. Комбинированное почвообрабатывающее орудие / А.Р. Валиев, П.И. Макаров, Ф.Ш. Тимерханов, Р.Х Марданов // Земледелие. - 2004. - № 2. - С 42-43.
5. Васильев, С.И. Совершенствование метода и технических средств для горизонтального измерения твёрдости почвы при внедрении технологии координатного земледелия: автореф. дис. канд. техн. наук. 05.20.01. -Пенза, 2007. - 20 с.
6. Овсянников, С.И. Исследование твердости и деформации почвы на пути движения самоходных машин / С.И Овсянников //Актуальные направления научных исследований ХХI века: теория и практика. Воронеж: Изд-во Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова. - 2016. - Т. 4 №5-3 (25-3).- С. 112-117.
7. Кушнарев, А. Мониторинг плотности почвы пахотного горизонта в системе точного (управляемого) земледелия / А.Кушнарев, В.Кравчук, С.Кушнарев, В. Дюжаев //Технiка и технологii в АПК. - 2010. - №9(12).- С. 12-16.
8. Кутьков, Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства: учебник / Г.М. Кутьков . - М.: КолосС, 2004.-498 с.
9. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов/ А.Б. Лурье. - Л.: Колос, 1970. - 376 с.
10. Гуреев, И.И. Экологическая эффективность комплекса почвообрабатывающих машин для механизации перспективных агротехнологий / И.И. Гуреев // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.-2015.-№4.-С.71-73.
11. Казаков, Ю.Ф. Результаты исследования пружинного кротователя /Ю.Ф. Казаков, В.В. Белов, А.В. Максимов // СПб.: Известия Международной академии аграрного образования. - 2016.- №27. - С.15-19.
12. Пат. № 2544622 (РФ) МПК А01В 13/16, А01В 13/08, А01В15/00, Е02В 11/02. Подпокровный рыхлитель почвы / А.Г. Васильев, Ю.Ф. Казаков, А.В. Максимов.- №2014109204; заяв.11.03.2014; опубл. 20.03.15. Бюл.8.
13. Jeffery J. C. The Development of the McConnell Till aerator Design. 1984. J. of Agricultural Engineering Research 29(3) : 257-263.
14. Bolenius E., Rogstrand G., Arvidsson J., Strenberg В., Thylen L. On-the-go measurements of soil penetration resistance on a Swedish Eutric Cambisol // International Soil Tillage Research Organization 17- th Triennal Conference. Kiel. Germany, 2006. P. 867-870
