Введение
Работы по разработке новых и модернизации существующих агрегатов и комбинированных машин проводятся как в России [1, 2], так и за рубежом [3, 4]. Ведущая роль, при этом, отводится снижению энергозатрат и увеличению качества обработки почвы [5, 6].
В лесном [7] и сельском [8] хозяйстве, в настоящее время, осуществляются обширные работы по оптимальному подбору рабочих органов для комбинированных машин, не взирая на их значительный технический уровень. Огромное разнообразие климатических и почвенных [9] условий диктуют конструкторам свои правила по созданию современных агрегатов и машин, способных эффективно проводить обработку почвы.
Расстановка рабочих органов оказывает значительное влияние на их взаимодействие в процессе работы. Особенно это отражается на энергозатратах и качестве выполнения работ. Поэтому при конструировании новых машин и агрегатов стараются определить не только оптимальные параметры рабочих органов по отдельности, но и при их совместной работе. Снижать экономические затраты при производстве комбинированных машин сейчас стараются путем установки стандартных рабочих органов, которые показали высокую эффективность своей работы [10].
Не решенной научной задачей остается изучение процесса взаимодействия рабочих органов с почвой и влияния схемы расстановки органов и их параметров на качество обработки. Это помогает разработать конструкции, которые обеспечивают требуемое сложение обрабатываемого слоя почвы, благоприятное для роста и развития растений.
Не решенными прикладными задачами остаются: 1) Снижение переуплотнения и деградации плодородных слоёв почвы за счёт комбинированной обработки. 2) Изучение влияния на почву новых приёмов механической обработки. В частности, актуально исследование дифференциации пахотного слоя по плодородию, так как действие современных почвообрабатывающих машин на этот процесс остаётся во многом неясным.
Поэтому работы, изучающие взаимодействия различных рабочих органов, являются актуальными и заслуживают внимания.
Бойков В.М. и др. (2020) [11] представили классификацию почвообрабатывающих машин по конструктивным и технологическим параметрам, которая позволяет обосновать оптимальный выбор того или иного агрегата или технологии обработки почвы.
Авторами [12, 13] проводились исследования по изучению влияния различных конструкций машин и агрегатов на процессы образования эрозии почвы. Определенные исследования в этой области проводились учеными Жук А.Ф. и др. (2020) [14]. В качестве экспериментального образца ими был выбран плоскорез-рыхлитель ПРК-2,5У. В публикации подробно описано устройство агрегата, технологический процесс обработки почвы, представлены преимущества применения данного агрегата при борьбе с эрозией почвы. Однако, в статье не достаточно полно представлены результаты сравнения агротехнических и экономических показателей работы исследуемого агрегата с однооперационными орудиями. Раднаев Д.Н. и Дамбаева Б.Е. (2021) [15] произвели анализ агрегатов АПД-7,2 и АПК-7,2. Авторы отмечают, что в процессе обработки почв в условиях недостаточного увлажнения плоскорежущих лапы агрегата АПД-7,2 не засоряются сорняками, агрегат не нужно переоборудовать при смене вида работ, и он меньше расходует топлива. При этом, в работе недостаточно четко раскрыты пути дальнейшего совершенствования конструкций комбинированных машин.
В настоящее время ведутся исследования по усовершенствованию параметров рабочих органов, установленных на комбинированных агрегатах. В статье Яхина С.М. и др. (2020) [16] упоминается новая конструкция игольчатых дисков. К некоторым недостаткам кинематики можно отнести: неустойчивая работа орудия из-за нестабильности движения дисков; проскальзывание дисков при повышенных скоростях, что снижает эффективность работы. Авторами [17] проводилась сравнительная оценка работы машин для обработки почвы. В результате проведенных исследований они рекомендуют использовать фрезерные машины с активным ротором в комбинации со стрельчатыми лапами или рыхлительными долотами. Фрезерные машины имеют экономические и технические недостатки. Экономические: 1) Повышенные энергозатраты. 2) Неполное уничтожение сорняков. Фрезеровка рубит корни сорняков на мелкие частицы, что способствует их размножению. Технические: 1) Невозможность точной регулировки глубины обработки. Для поддержания стабильной глубины грунта фрезы часто оснащаются прикатывающим катком, который увеличивает затраты. 2) Сложность работы на каменистых почвах. Взаимодействие ножей с крупными камнями вызывает много огрехов, снижающих качество обработки.
Научные исследования, проводимые Тарасенко Б.Ф. и др. (2021) [18], Малюковым С.В. и др. (2023) [19, 20] позволили определить энергетические и качественные показатели работы почвообрабатывающих агрегатов. Было выявлено, что комбинированные машины позволяют повысить качество обработки почвы и производительность агрегата. При этом, уменьшаются потери влаги и вредное воздействие машин на почву.
Достоинство комбинированных агрегатов состоит в том, что в зависимости от условий можно использовать агрегат в целом, либо отдельные рабочие органы агрегата. Это значительно повышает эффективность использования почвообрабатывающих орудий. Недостатком комбинированных агрегатов является их значительная длина. Набор навесных орудий ограничен из-за опасности нарушить продольную устойчивость трактора. Ширина захвата комбинированных агрегатов ограничивается требованиями минимальной габаритной ширины в транспортном положении.
Существующие машины довольно хорошо справляются с поставленными задачами, но работы по их усовершенствованию все же должны продолжаться. Это требует от исследователей проявления новых конструкторских и научных решений.
Приведенные выше работы показывают связь между качеством обработки почвы, расстановкой рабочих органов и энергетическими затратами.
Цель исследований – определение тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия в полевых условиях в зависимости от конструктивных и технологических параметров модульных рабочих органов.
Задачи:
– изучить влияния конструктивных параметров на изменение нагрузок в звеньях комбинированной почвообрабатывающей при движении по вырубкам.
– определить тяговое сопротивление комбинированной почвообрабатывающей на вырубке;
– изучить влияние модульных рабочих органов на качество обработки почвы и удаление поросли на вырубках.
Материалы и методы
Предмет и объект исследований
Объект: модульные почвообрабатывающие рабочие органы.
Предмет: взаимодействие дисковой батареи, сферических дисков, ножевого катка с почвой.
Сбор данных
Были проведены экспериментальные полевые исследования. При проведении эксперимента использовался колесный трактор МТЗ-80 (рис. 1).
