CC BY
35
Машины и оборудование
Fennica : regular issues, 2011, no. 45 (3), pp. 341-357.
12. Druchinin D.Y. Laboratornye issledovanija processa silovogo rezanija drevesiny kornej sazhencev nozhom vykopochnoj mashiny [Laboratory studies of the process of the power wood cutting of roots of seedlings with a knife of digging machine]. Jelektronnyj zhurnal KubGAU- Electronic Journal of KubSAU, Krasnodar, 2012, no. 79 (05), pp. 230-242. (In Russian).
Сведения об авторах
Дручинин Денис Юрьевич - старший преподаватель кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия, кандидат технический наук, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Шавков Михаил Викторович - преподаватель кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия, кандидат технический наук, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Миляев Андрей Сергеевич - студент ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Druchinin Denis Yurevich - Senior Lecturer, Forestry Mechanization and Machine Design department of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Shavkov Mikhail Viktorovich - PhD in Engineering, Lecturer, Forestry Mechanization and Machine Design department of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Milyaev Andrey Sergeevich - student of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/8470 УДК 630*: 65.011.54
О СОХРАННОСТИ ПОЧВЕННОГО ПЛАСТА
кандидат технический наук, доцент С. В. Зимарин1 Н. А. Сердюкова1
1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,
г. Воронеж, Российская Федерация
Обработка почвы на лесных площадях выполняется путем нарезки плужных борозд или создания микроповышений в зонах избыточного увлажнения. От качества выполнения этой операции зависит величина затрат на все последующие лесохозяйственные работы по созда-
174
Лесотехнический журнал 4/2014
Машины и оборудование
нию лесных культур на вырубках. Поэтому углубленное научное исследование критериев взаимодействия рабочих органов с почвой являются наиболее актуальными. Одним из важных критериев качества обработки почвы является сохранность почвенного пласта. В представленной статье рассмотрен процесс взаимодействия клина, движущегося на опорных колесах, с подрезанным почвенным пластом. Рассмотрены схемы сил, действующих на клин и на почвенный пласт, а также составлены уравнения движения клина. Рассмотрены условия отрыва почвенного пласта и параметры, при которых это возможно. В результате проведенного исследования получено уравнение длины почвенного пласта. Также проведен анализ полученной зависимости, из которого можно сделать выводы, что длина почвенного пласта зависит от механических свойств почвы, глубины обработки, геометрических характеристик клина, и не зависит от тягового усилия клина. Полученные результаты показывают, что с увеличением угла наклона клина сохранность почвенного пласта улучшается, однако, вместе с этим растет сопротивление пласта, что приводит к увеличению тягового усилия клина, необходимому на подъем пласта.
Ключевые слова: почва, обработка почвы, почвообрабатывающие орудия, качественные показатели.
ON THE PRESERVATION OF SOIL LAYER
PhD in Engineering, Associate Professor S. V. Zimarin1
N. A. Serdyukova1
1 - FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation
Abstract
Tillage in forest areas is carried out by cutting plows furrows or creating microhighs in areas of excessive moisture. The quality of this operation depends on the magnitude of the costs of all future forestry works on creation of forest plantations in clearings. Therefore, profound scientific studies of the criteria of the interaction of working bodies with the soil are the most relevant. One of the important criteria of quality of tillage is the preservation of soil layer. The present article deals with the interaction of the wedge moving on the supporting wheels, with cropped soil layer. Schemes of the forces acting on the wedge and the soil layer are considered, and the equations of motion of the wedge are composed. The conditions for the separation of soil layer and the parameters for which this is possible are considered. A result of research obtained the equation of length of soil layer. Also the obtained dependence is analyzed, from which we can conclude that the length of soil layer depends on the mechanical properties of the soil, the depth of processing, the geometric characteristics of the wedge, and does not depend on the traction of the wedge. The results show that with the increase of the wedge angle safety of the soil layer is improved, but at the same time the resistance of layer increases, which leads to an increase in traction wedge required to raise layer.
Keywords: soil, tillage, tillage equipment, quality indicators.
Лесотехнический журнал 4/2014
175
Машины и оборудование
В настоящее время основную обработку почвы на лесных площадях выполняют путем нарезки плужных борозд или создания микроповышений в зонах избыточного увлажнения. Качество ее выполнения определяет величину затрат на все последующие лесохозяйственные операции по созданию лесных культур на вырубках. Одним из важных критериев качества обработки почвы является сохранность почвенного пласта.
Оптимальное качество сохранности почвенного пласта, возможно, предусмотреть заранее, исследовав процесс взаимодействия пласта с почвообрабатывающим орудием. Для этого рассмотрен процесс взаимодействия двугранного клина движущегося на опорных колесах с подрезанным почвенным пластом и влияние параметров клина на его сохранность (рис. 1).
При изучении процесс взаимодейст-
вия двугранного клина с почвой необходимо исследовать следующие процессы: разрушение почвы клином; формирование почвенного пласта; движение пласта по клину.
Рассмотрим схему сил действующих на клин и на почвенный пласт (рис. 2).
N - нормальная реакция пласта; F^- сила трения пласта о клин; Р - сила, необходимая на перемещение клина (тяговое усилие); F^ - сила трения пласта о почву(борозду); F1^ - сила трения клина о пласт; N - нормальная реакция клина; N -нормальная реакция стенки борозды; m^, m^ - сила тяжести, действующая соответственно на клин и почвенный пласт (тк, тп - масса клина и почвенного пласта)
Составив уравнение движения и приняв условие равномерного движения клина V^const (акх= 0), можно определить силу нормальной реакции клина:
а - угол наклона клина; V - скорость движения клина; а - глубина обработки
Z
X
NK _N
4 + < >
/
,/ J [ mng
ТТК Т
Nn г j. Тр
Рис. 2. Схема сил, действующих на клин и на почвенный пласт
Тр
176
Лесотехнический журнал 4/2014
Машины и оборудование
N =
Р
P
— (1)
sina + fn cos a cos a (tga + fn) где fn- коэффициент трения частицы о клин.
Из уравнения движения почвенного пласта исходя из условий, что N = Nn , FKip= FnTp, Ftp= fN (f - коэффициент трения пласта о почву) и равновесия пласта в горизонтальной плоскости (N = P) получим:
та = P
1- fjga
tga + fn
Л
- f
mg =
n
= P
f\-tga(f + fn) - fnfЛ
(2)
mng.
tga + fn
Движение почвенного пласта возможно при Р > Pmin.
Найдем Pmin из условия равновесия та„^ = 0:
п nz
Г ^ Л
Pmin = mng
tga+ fn
1 - tga(f + fn ) - fnf
nJ J
При этом
tga + fn
1 - tga(f + fn ) - fnf J
(3)
> 0,
отсюда определим а при котором невозможно движение почвенного пласта ни при каких значениях Р:
a = arctg
^ f
(4)
f + fn J
Рассмотрим условие отрыва почвенного пласта (рис. 3).
N - нормальная реакция дна борозды; F% - сила сцепления пласта с бороздой; Fp^ - сила сцепления пласта с дном борозды
F сц = к удаЬ, (5)
Fp<^ = кРуд1Ь, (6)
где а, b, l - соответственно высота, ширина и длина пласта (высота равна глубине обработки);
Рис. 3. Схема сил действующих на почвенный пласт
уд,
уд
соответственно удельная
сила почвы на срез и на разрыв.
Исходя из уравнения равновесия почвенного пласта получим выражение:
(7)
►0 (N
mnanz = NK cos a - FTp sin a -
-mng - F^ сц - F сц + = °.
В момент перед отрывом N =0); F%, < fN , N = К.
Подставим (3), (5), (6) в (7) и принимая тп= раЬ1 (р - плотность почвы) определим длину почвенного пласта:
с
l =
Уд
(
Pg
f (tga + fn )
Л
(8)
1 - tga(f + fn) - fnf J
>
a
Анализируя выражение (8) можно сделать вывод, что длина почвенного пласта зависит от механических свойств почвы (ксуд, круд, р), глубины обработки (а) и геометрических характеристик клина (а) и не зависит от тягового усилия клина. Так же можно отметить, что угол а имеет основное влияние на сохранность пласта, а, следовательно, и качество обработки почвы.
с
р
к
Лесотехнический журнал 4/2014
177
Машины и оборудование
Библиографический список
1. Бардзиловский В.П. Прикладная механика. - Киев : Высш. школа, 1986. - 190 с.
2. Зимарин, С. В. Обоснование параметров комбинированных рабочих органов лесных дисковых плугов [Текст] / С. В. Зимарин, П. И. Попиков, Н. А. Сердюкова; С. В. Зимарин, П. И. Попиков, Н. А. Сердюкова // Современные проблемы теории машин: материалы 1 Международной заочной научно-технической конференции / Сибир. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ, 2013. - С. 159-161. - Библиогр.: с. 161
References
1. Bardzilovsky V.P. Prikladnaja mehanika [Applied Mechanics]. Kyiv, 1986, 190 p. (In Russian).
2. Zimarin S.V., Popikov P.I., Serdyukova N.A. Obosnovanie parametrov kombinirovannyh rabochih organov lesnyh diskovyh plugov [Substantiation of parameters of combined working bodies of forest disc plows]. Sovremennye problemy teorii mashin: materialy 1 Mezhdunarodnoj zaochnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [Modern problems of the theory of machines: Materials of the 1st International correspondence scientific and technical conference]. Novokuznetsk, 2013, pp. 159-161. (In Russian).
Сведения об авторах
Зимарин Сергей Викторович - доцент кафедры деталей машин и инженерной графики ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кандидат технический наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Сердюкова Наталья Алексеевна - ассистент кафедры деталей машин и инженерной графики ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Zimarin Sergey Viktorovich - Associate Professor of Details Machine and Engineering Graphics department of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», PhD in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Serdyukova Natalya Alexeevna - assistant of Details of Machines and Engineering Graphics department of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
178
Лесотехнический журнал 4/2014
