CC BY
0
Научная статья УДК 631.331.8
doi: 10.47737/2307-2873_2023_44_12
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОШНИКОВОЙ ГРУППЫ С ПРУЖИННЫМ МЕХАНИЗМОМ
ПОДВЕСА СОШНИКОВ
©2023. Сергей Леонидович Демшин1, Виктор Ефимович Саитов2Н
1,2Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, Киров, Россия 2 [email protected]
Аннотация. Использование в качестве базы почвообрабатывающе-посевного агрегата ротационного рыхлителя позволяет снизить энергоемкость и повысить качество обработки почвы при компактном исполнении почвообрабатывающей части, что позволяет использовать в качестве механизма подвеса килевидных сошников прицепы пружин кручения. На стадии проектирования сошниковой группы необходимо знать диапазон параметров и режимов работы пружинного механизма подвеса килевидных сошников, при которых качество бороздообразования соответствует области оптимальных значений. Теоретические исследования устойчивости движения килевидного сошника на пружинном механизме подвеса выявили область оптимальных параметров: жесткость пружины кручения подвеса с = 220...230 Н/рад, начальный угол установки поводков ак = 50.55°, длина поводка I = 0,22.0,25 м, при которых время возвращения сошника в зону допустимых значений глубины обработки минимально. Экспериментально изучено влияние угла установки т килевидного сошника на качество и тяговое сопротивление бороздообразования. Выявлен диапазон оптимальных значений угла наклона килевидного сошника, составляющий т = 120.125°, при котором обеспечивается минимальная гребнистость почвы в междурядьях и отсутствие выноса почвы далее 75 мм от оси борозды, что позволяет использовать, при глубине бороздообразования до 60 мм и скорости менее 2,7 м/с, в конструкции агрегата однорядную схему размещения сошников килевидного типа с междурядьем 0,15 м. В результате исследования разработан навесной почвообрабатывающе-посевной агрегат для агрегатирования с тракторами тяговых классов 14 и 20 кН, в основе почвообрабатывающей части которого использован ротационный рыхлитель, а посевная часть выполнена в виде сошниковых групп с пружинным механизмом подвеса килевидных сошников.
Ключевые слова: почвообрабатывающе-посевной агрегат, сошниковая группа, килевидный сошник, пружинный механизм подвеса сошника
Введение. Для растениеводства одним из ключевых моментов возделывания сельскохозяйственных культур является предпосевная обработка почвы и посев семян. Качественное и своевременное выполнение этих технологических операций во многом определяет дальнейшее развитие и продуктивность возделываемых культур [1, 2, 3].
Основным достоинством применения почвообрабатывающе-посевных агрегатов, выполняющих комплекс операций, является исключение неблагоприятного разрыва по времени между обработкой почвы и посевом [4, 5, 6]. Несмотря на то, что данная техника в последние годы получила широкое распространение и имеет большое
разнообразие машин с широким спектром комбинаций рабочих органов, значительная часть её обладает рядом общих недостатков: неоправданно завышенная длина при небольшой ширине захвата, высокие удельная металлоёмкость конструкции и энергоёмкость обработки почвы и посева [7, 8]. Это обуславливает их агрегатирование с тракторами высоких тяговых классов, что повышает негативное воздействие на почву и ограничивает применение на небольших участках с неровным рельефом. Одним из решений вопроса является отказ от необоснованного увеличения числа последовательно расположенных на раме агрегата пассивных почвообрабатывающих
рабочих органов и замена большей их части на ротационные органы в виде полевых фрез.
Особый интерес представляет применение в агроландшафтных условиях Евро-Северо-Востока РФ бесприводных ротационных рыхлителей, так как они превосходят агрегаты с пассивными рабочими органами по качеству обработки почвы, также имеют большую производительность при меньшей энергоёмкости, затрачиваемой на обработку почвы [9, 10].
Оборудование посевной частью ротационных рыхлителей, таких как Dyna-Drive (Bomford, UK), РИП-4,0 и РБР-4А (ОАО ВИСХОМ, СССР), УРМ-4
(«Наманганагромаш», Узбекистан) [11, 12, 13, 14], помимо расширения технологических возможностей машины увеличивает ее вес, что положительно влияет на стабильность заглубления приводного ротора рыхлителя. Основной проблемой является размещение сошниковой группы, конструкция которой должна обладать высокой компактностью при сохранении высокого качества
бороздообразования и заделки семян. Анализ исследований почвообрабатывающих рабочих органов выявил преимущество их установки на подвесах с подпружиненным механизмом или на упругих стойках [15, 16, 17].
Цель исследования - обоснование основных параметров сошниковой группы с пружинным механизмом подвеса
почвообрабатывающе-посевного агрегата на базе ротационного рыхлителя.
Методика. Предложена
технологическая схема почвообрабатывающе-посевного агрегата на базе бесприводного ротационного рыхлителя [18, 19], который выполняет полосовое рыхление приводным ротором, культивацию стрельчатыми лапами, фрезерование верхнего слоя почвы измельчающим ротором с Г-образными ножами и уплотнение почвы прутковым катком. Основой посевной части агрегата является рядовая зернотуковая сеялка с сошниковой группой из килевидных
сошников, установленных в один ряд на пружинной системе подвеса.
При движении агрегата ротационный рыхлитель преобразует усилие тяги трактора во вращение измельчающего ротора, причем его большая часть расходуется на рыхление почвы, так как почвозацепы приводного ротора проворачиваются в почве со скольжением, нарушая ее целостность, снижая энергозатраты на последующую обработку почвы. Последовательность технологических операций обуславливает высокую
интенсивность и качество обработки почвы, что гарантирует достаточно выровненную поверхность поля, позволяющую использовать в качестве поводков механизма подвеса килевидных сошников прицепы пружин кручения. Выполнение механизма подвеса радиального типа на базе пружин кручения существенно уменьшило массу и габариты сошниковой группы, что обеспечило ее максимальную компактность при сохранении основных функций по копированию рельефа поверхности и предохранению от поломки при встрече сошников с препятствием.
При проектировании сошниковой группы с однорядным размещением килевидных сошников необходимо определить оптимальные параметры и режимы работы пружинного механизма подвеса сошников. Анализ научных трудов по устойчивости движения рабочих органов СХМ показал, что качество обработки почвы и посева во многом зависит от времени, которое необходимо механической системе для возврата движения рабочих органов в зону пределов отклонения, допускаемых агротехническими требованиями [20].
К основным параметрам сошниковой группы следует отнести жесткость с (Н/рад) пружины кручения подвеса, длину I (м) ее поводка и угол ак (град.) установки килевидного сошника. Для нахождения оптимальных значений параметров сошниковой группы изучена устойчивость ее движения в плоскости ХОУ (рис. 1а).
а)
b)
Рис. 1. Схема сил, действующих на сошник (а) и расчетная схема колебаний (b) Fig. 1. The scheme of the forces acting on the coulter (a) and calculation diagram of vibrations (b)
В процессе исследования осуществлен интервалов их варьирования приведены в план эксперимента Бокса-Бенкина второго таблице 1. порядка. Обозначения факторов, уровней и .
Таблица 1
Уровень варьирования факторов Фактор, его обозначение:
Скорость V (xi), км/ч Глубина хода сошника H (х2),м Угол установки а (хз), град.
Нижний уровень (-1) 2,05 0,04 95
Основной уровень (0) 4,73 0,06 110
Верхний уровень (+1) 7,4 0,08 125
Для изучения профиля почвы после прохода сошников фиксировали на планшете вид поперечных разрезов на глубину борозды. Гребнистость Аср почвы после прохода сошника иллюстрирует степень
выровненности поля. Величина площади гребней почвы на расстоянии более 75 мм от центра борозды обусловливает возможность оценки эффективности использования однорядной схемы размещения килевидных сошников.
Практические исследования проведены в почвенном канале на лабораторной установке, конструкция которой позволяет изменять угол установки сошника, а также регистрировать тяговое сопротивление посредством записи показаний динамометра видеокамерой. Канал заполнен дерново-подзолистой супесью. Твердость почвы в слое до 10,0 см - 0,58 МПа, в слое от 10,0 до 20,0 см - 0,82 Мпа; влажность почвы - 8,3%; плотность в слое до 10,0 см - 1,25 г/см3.
Достоверность регрессионных моделей оценивали подтверждением существенности полученных значений коэффициентов моделей регрессии сравнением их расчетных значений i-статистики (tрасч.) с табличным значением t-критерия Стьюдента ^тавл). Для оценки регрессионных моделей приняты коэффициент детерминации R2 (Rsqr), стандартная ошибка оценки (Standard Error of Est.) и средняя абсолютная ошибка (Mean absolute error) модели. Автокорреляцию оценивали критерием Durbin-Watson statistic (DW). В целом регрессионные модели на адекватность реальному процессу оценивали сравнением их расчетных значений F-статистики (Fp^.) с табличным значением F-критерия Фишера^табл.) для уровня значимости 0,05 и числа степеней свободы (DF) ki, fe, определенных в результате дисперсионного анализа. Адекватность описания происходящего процесса моделью регрессии также в целом оценивали P-уровнем
значимости (Р-Уа1ие) в сравнении с принятым уровнем значимости, равным 0,05.
Результаты. При прямолинейном перемещении агрегата на килевидный сошник (рисунок 1а), установленный на пружинном механизме подвеса, воздействуют следующие силы: О- масса, Н, Рпр- усилие пружины, Н, а также Я - сопротивление почвы, Н. В качестве обобщенной координаты принят угол отклонения ф отрезка ОМ от положения равновесия сошниковой группы. Для описания движения точки М составлено уравнение Лагранжа второго рода.
Интенсивная обработка почвы агрегатом позволяет получить достаточно однородный и ровный поверхностный слой почвы с бороздообразованием, поэтому считаем постоянной точку М приложения силы
сопротивления Я почвы перемещению сошника. Это подтверждается характером движения точки М при малых начальных отклонениях и малых начальных скоростях. Значение угла 0 между поводком и плечом г силы сопротивления почвы также является постоянным и определяется параметрами механизма подвеса сошника. Учитывая допущения о малых отклонениях системы от динамического равновесия и приняв новое начало отсчета угла ф от положения динамического равновесия системы как угол ф1, следует считать, что обобщенная скорость
^ является величиной того же порядка малости, что и фг. Дифференциальное уравнение движения сошника в каноническом виде имеет следующий вид:
2n =
где
R • r2 I • V
к2 =
pl + 2n • фх + к2 •< = 0
Rr cos(a0 + Р) + cl + mgl sin a0 I
(1)
Характер переходного движения рабочего органа при возвращении к установившемуся движению определяют значения коэффициентов п и к уравнения (1). При п > к переходное движение сошника имеет вид апериодического движения, а при п < к - затухающих колебаний. Считаем, что минимальным временем переходного
гъ 2 4
R • r
с =
процесса для устойчивой работы сошниковой группы обладает предельно апериодическое движение (п = к) [20].
Составлена система уравнений, где первое уравнение описывает условие предельно апериодического движения (п = к), а второе - движение сошника в установившемся положении: Яг
+1 cos(aR + Р) - mg sin ar | cosp0 +1 mg cosaK + sin(aK + Р) | sin p0;
4V2 • l • I У l
( Rr
cp = I — sin( aK + Р) - mg cos aK J cos p -
Система уравнений (2) позволяет определить единственные значения жесткости с пружины механизма подвеса и угла фо отклонения поводка относительно
первоначального угла установки ак, при которых выполняется условие предельно апериодического движения для заданного интервала скоростей Уо и глубины погружения к сошника в почву, а также известных значений сопротивления почвы Я = / (V, к), массы т сошника, длины I поводка, углов в и аК.
Анализ графиков зависимости изменения жесткости с пружины кручения подвеса, угла отклонения фо поводков сошника, удовлетворяющих условию предельно апериодического движения, от
Rr \ mg sin а +--cos(a + Р) I sin <.
* 1 Г } (2) скорости Vo и глубины хода h сошника показал (рисунок 2), что в интервале скорости 0,5 ...2,1 м/с и углов ак наклона поводка подвеса 45.65°, наибольшее влияние на жесткость с пружины и угол фо отклонения поводка оказывает скорость сошника. При возрастании скорости снижение величины жесткости пружин подвеса, обеспечивающей соблюдение условия предельно апериодического движения, происходит обратно
пропорционально квадрату скорости (рис. 2а), причем одновременно увеличивается угол фо отклонения поводка механизма подвеса относительно его начального положения (рис. 2б).
Рис. 2. Графики жесткости с (Н/рад) пружины подвеса (а) и угла отклонения ф0 (град.) поводка (b) при условии предельно апериодического движения Fig. 2. Graphs of stiffness c (N/rad) of the suspension spring (a) and deflection angle ф0 (degrees) of the drawbar (b), when the condition of extremely aperiodic motion
b
a
На практике функционирование сошниковой группы с параметрами, удовлетворяющими условию предельно апериодического движения, будет
представлять граничное перетекание предельно апериодического движения в затухающие колебания ^ > п) и в апериодическое движение (п > к) из-за непрерывного изменения физико-
механических свойств почвы и скорости МТА. Несмотря на это, полученная система уравнений позволяет с приемлемой точностью находить параметры механизма пружинного подвеса сошниковой группы. При выборе параметров пружинного подвеса необходимо принимать во внимание диапазон рабочих
Из результатов регрессионного анализа следует, что коэффициент достоверности аппроксимации R2o (Adj Rsqr) составляет 0,976, которая практически близка к 1,0, чем подтверждается, что модель реально описывает процесс. Стандартная ошибка оценки (Standard Errorof Est.) модели регрессии для каждого наблюдаемого значения составляет небольшую величину 1,30, соответственно, линия тренда полученного уравнения приближена к точкам значений практических данных. Верность прогноза полученной регрессионной модели (5) подтверждается также тем, что средняя абсолютная ошибка (Mean absolute error) аппроксимации составляет 6,0%, и она меньше 10%. Критерий Durbin-Watson statistic
скоростей агрегата и рекомендуемое агротребованиями поле допуска глубины заделки семян.
Для оценки достоверности
теоретических данных выполнен
трехфакторный план Бокса-Бенкина второго порядка, позволивший по значениям средней глубины бороздобразования при постоянных значениях параметров пружинного механизма подвеса сошниковой группы: с = 224 Н/рад, в = 10°, l = 0,24 м, m = 1,5 кг, ак = 55°. Получена модель регрессии, характеризующая влияние угла наклона т (хз), скорости V (xi) движения и глубины h (Х2) хода сошника на его тяговое сопротивление Px:
(3)
составляет 1,8, который больше значения 1,5, а потому зависимость следующего значения остатков от предыдущих не существует, следовательно, автокорреляция между опытными данными однозначно отсутствует. Это подтверждает также остаточная автокорреляция (Lag 1 residual autocorrelation) 0,018.
Однако для регрессионной модели (3) анализ диаграммы Standardized Pareto Chartfor Soprotivl (унифицированная диаграмма для отклика), показывает (рис. 3а), что статистически значимыми (р = 0,95) являются только коэффициенты регрессии при факторах X1(V), Х2(Н), хз(С), при квадратичных членах факторов Х1Х1(АА) и Х2Х2(ВВ), а также их взаимодействии Х1Х2(АВ).
Рх = 39,9 + 5,9х + 8,9х +1,8х - 2,9х:2 + 3,2-хгх2 + 0,3хух3 - 2,6х2 + 0,7х^хз - 0,7 х/.
(а) (b)
Рис. 3. Унифицированная диаграмма показателей значения коэффициентов регрессионной моделей (5) (а) и (6) (b) в сравнении с табличным значением /-критерия Стьюдента Fig. 3. Unified diagram of indicators of the values of the coefficients of the regression model (5) (а) and (6) (b) in comparison with the table value of the Student's t-test
Статистически незначимыми
коэффициентами являются при квадратичном члене фактора хзХз(СС), а также при следующих взаимодействиях факторов Х1Хз(АС) и Х2Хз(ВС). Это подтверждается тем, что расчетные значения Р-статистики (Ррасч) трех коэффициентов регрессии при хзХз(СС), Х1Хз(АС) и Х2Хз(ВС) имеют значения 1,03; 0,14 и 1,2 (значения Р-Яайо) соответственно, которые меньше табличного значения Р-критерия Фишера (Ртабл = 3,59) при уровне значимости 0,05 и числе степеней свободы М=з, к2 =11
(Ррасч. <Ртабл ). Для данных коэффициентов модели регрессии (3) Р-уровень значимости (Р-Уа1ие) составляет Рхзхз(сс) = 0,з55, Рх1хз(ас) = 0,721 и Рх2хз(вс) = 0,з22, которые больше уровня значимости (Р-Уа1ие< 0,05), чем подтверждается их статистическая незначимость.
После исключения статистически незначимых коэффициентов из уравнения (3) математическая модель, описывающая влияние скорости V (хг), глубины к Х) хода и угла наклона т (хз) сошника на его тяговое сопротивление Рх, выразится как:
(4)
Рх = 39,5 + 5,9х + 8,9X2 +1,8х - 2,9х/ + 3,2хгХ2 - 2,6х2
В модели регрессии (4) расчетные
значения
F-статистики
(Fpacn. )
всех
коэффициентов составляют 15,22.390,65 (значения Р-Иайо). Табличное значение Р-критерия Фишера (Ртабл. ) для уровня значимости 0,05 и числа степеней свободы М=з, к2 =11 составляет 3,59, соответственно Ррасч.>Ртабл . Также для коэффициентов модели регрессии (4) их Р-уровень значимости (Р-Уа1ие) равен 0,00001.0,0045, которые меньше уровня значимости (Р-Уа1ие< 0,05). Поэтому статистическая значимость всех коэффициентов в представленном уравнении (4) подтверждается (рис. 3б).
Для анализа регрессионной модели (4) использован трехмерный график поверхностей отклика влияния скорости V (м/с) и угла т (град) наклона сошника на тяговое сопротивление Рх (Н) сошника (в) при глубине его хода к = 60 мм, представленная на рисунке 4.
Максимальное влияние на тяговое сопротивление Рх сошника оказывают скорость V и глубина к бороздообразования, наименьшее - значение угла т установки. При установке сошника под углом т = 110° и повышении его глубины к погружения с 40 до 80 мм, а также скорости с 0,5 до 2,1 м/с происходит рост его тягового сопротивления Рх на 27.52%. При повышении угла т установки сошника с 95° до 125° и соответствующем изменении глубины к его погружения со скоростью движения V = 1,з м/с увеличивается тяговое его сопротивление Рх на 8,3.16,1%. Уравнение регрессии (4) позволила определить значения угла наклона килевидного сошника равные т = 120.125°, при которых возможна их однорядная установка с междурядьем 0,15 м.
Рис. 4. Влияние скорости V (м/с) и угла т (град.) наклона сошника на тяговое
сопротивление Рх (Н) Fig. 4. Influence of speed V (m/s) and inclination angle т (deg) of the coulter on traction
resistance Px (N)
Результаты исследования, в целом, соответствуют основным положениям теории процесса бороздообразования, разработанным проф. М.Х. Пигулевским. В частности, подтверждена возможность установки сошников с тупым углом вхождения наральника в почву (килевидный тип сошника) в один ряд при междурядном расстоянии, равном или более 15 см и определены основные параметры сошниковой группы,
соответствующие этим условиям
функционирования. Повышение тягового сопротивления Рх килевидного сошника с увеличением его угла т наклона в первую очередь объясняется увеличением площади наральника сошника, находящейся в контакте с почвой. Также на возрастание тягового сопротивления влияет увеличение объема почвы, перемещаемого наральником вниз и вдавливаемого им в дно борозды.
Выводы. В результате исследований для почвообрабатывающе-посевного агрегата разработана сошниковая группа с пружинным механизмом подвеса килевидных сошников, обладающая низкой металлоемкостью и высокой компактностью конструкции при эффективном выполнении основных функций
по копированию рельефа и предохранению сошников от поломки.
Теоретические исследования
устойчивости движения сошниковой группы с пружинным механизмом подвеса сошников позволили определить ее оптимальные параметры при работе на скорости до 2,1 м/с: жесткость пружины с = 220...230 Н/рад, начальный угол установки поводков ак = 50.55° килевидного сошника, длина поводка I = 0,22.0,25 м.
Экспериментальное исследование
влияния параметров сошниковой группы на тяговое сопротивление бороздообразования выявило, что оптимальный угол установки килевидного сошника составляет т = 120.125°. Такая установка килевидных сошников при глубине бороздообразования до 60 мм и скорости менее 2,7 м/с обеспечила минимальную гребнистость почвы и отсутствие выноса почвы далее 75 мм от оси борозды, что позволяет использовать однорядную схему размещения сошников с междурядьем 0,15 м.
Работа выполнена в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого» (тема № FNWE-2022-0002).
Список источников
1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. Методическое руководство. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.
2. Soil tillage in agroecosystems / Ed. by A. El Titi. Boca Raton [et al.]: CRC press, 2003. 367 p.
3. Рекомендации по проведению весенне-полевых работ в Кировской области / Под общей ред. В. А. Сысуева. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2013. 68 с.
4. Мишуров Н.П., Щеголихина Т.А., Федоренко В.Ф. Сельскохозяйственная техника. Посевные и посадочные машины: кат. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2022. 168 с.
5. Жук А.Ф., Ревякин Е.Л. Развитие машин для минимальной и нулевой обработки почвы. М.: Росинформагротех, 2007. 156 с.
6. Гольтяпин ВЯ. Инновационные технологии прямого посева зерновых культур. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. 80 с.
7. Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. издание. / Под общ. ред. В.М. Пронина. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. 416 с.
8. Вестник испытаний сельскохозяйственной техники / М-во сельского хоз-ва РФ, Ассоц. испытателей с.-х. техники и технологий (АИСТ). пос. Усть-Кинельский: АИСТ, 2020. 116 с.
9. Инаекян С.А., Зволинский В.Н. Пути совершенствования конструкций ротационных почвообрабатывающих машин. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1984. 62 с.
10. Зволинский В.Н., Мосяков М.А., Семичев С.В. Опыт и перспективы применения двухбарабанных ротационных почвообрабатывающих орудий // Тракторы и сельхозмашины. 2016. №2. С. 24-27.
11. Bomford Turner Limited: [сайт]. Station Road, Salford Priors, Nr Evesham, Worcestershire, 8SW, UK. URL: www.bomford-turner.com (дата обращения: 15.01.2022).
12. Инаекян С.А., Антошин А.П., Дроздов В.Н. Комбинированная почвообрабатывающая машина // Техника в сельском хозяйстве. 1987. № 3. С. 53-54.
13. Зволинский В.Н., Антошин А.П., Савин В.П. Испытания ротационного бесприводного рыхлителя РБР-4 // Техника в сельском хозяйстве. 1990. №12. С. 21 -23.
14. Ахметов А.А. Тенденции совершенствования конструкции хлопководческих предпосевных почвообрабатывающих машин-орудий. Ташкент: IlmiyTexnikaAxboroti - Press Nashriyoti, 2017. 236 с.
15. Substantiation of process variables and modes of heavy spring-tooth harrow / A.G. Ivanov, A.V. Kostin, R.R. Shakirov [et al.] // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020. Vol. 8. No. 3. P. 695-704.
16. Сысуев В.А., Дёмшин С.Л., Черемисинов Д.А., Доронин М.С. Повышение качества полосного посева семян трав в дернину // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2017. № 5 (60). С. 63 68.
17. Бодалев А.П., Иванов А.Г., Костин А.В., Шкляев К.Л., Шкляев А.Л., Дерюшев И.А. Взаимодействие пружинных рабочих органов тяжелых зубовых борон с почвой // Вестник НГИЭИ. 2020. №1(104). С. 16-30.
18. Почвообрабатывающее орудие : пат. 2301512 Рос. Федерация. № 2005139909; заявл. 20.12.2005 , опубл. 27.06.2007 ; Бюл. №18. 7 с.
19. Демшин С.Л., Саитов В.Е., Черемисинов Д.А. Повышение эффективности предпосевной обработки почвы с различными типами измельчающего ротора // Владимирский земледелец. 2018. № 4. С. 55-58.
20. Кормщиков А.Д. Техника и технические средства для склоновых земель. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2003. 298 с.
JUSTIFICATION OF THE MAIN PARAMETERS OF THE COULTER GROUP WITH A SPRING MECHANISM FOR THE COULTER SUSPENSION
©2023. Sergey Leonidovich Demshin1, Viktor Efimovich Saitov2H
1,2 Federal Agrarian Research Center of the North-East named after N.V. Rudnitsky, Kirov, Russia [email protected]
Abstract. The use of a rotary cultivator as the base of the soil-cultivating and sowing unit makes it possible to reduce energy consumption and increase the quality of soil cultivation with a compact design of the soil-cultivating part, which allows the use of torsion spring trailers as a suspension mechanism for keel coulters. At the stage of designing a coulter group, it is necessary to know the range of parameters and operating modes of the spring suspension mechanism of keel coulters, at which the quality of furrow formation corresponds to the region of optimal values. Theoretical studies of the stability of movement of a keel culter with a spring suspension mechanism have revealed the region of optimal parameters: the stiffness of the suspension torsion spring c = 220...230 N/rad, the initial installation angle of the drawbars aK = 50...55°, the length of the drawbar l = 0.22 ...0.25 m, when the time for the coulter to return to the zone of permissible working depth values is minimal. The influence of the installation angle т of the keel coulter on the quality and traction resistance of furrow formation was experimentally studied. A range of optimal values of the inclination angle of the keel opener has been identified, amounting to т = 120...125°, which ensures minimal ridgeness of the soil in the row-spacings and the absence of soil removal further than 75 mm from the furrow axis, which allows the use in the design of the unit a single-row arrangement of keel coulters with a row spacing of 0.15 m with furrow formation depths up to 60 mm and a speed of less than 2.7 m/s. As a result of the research, a mounted soil-cultivating and sowing unit has been developed for aggregation with tractors of traction classes 14 and 20 kN, the soil-cultivating part of which is based on a rotary cultivator, and the sowing part is made in the form of coulter groups with a spring mechanism for suspending the keel coulters.
Key words: soil-cultivating and sowing unit, coulter group, keel coulter, spring mechanism for coulter suspension
References
1. Agrojekologicheskaja ocenka zemel', proektirovanie adaptivno-landshaftnyh system zemledelija I agrotehnologij (Agroecological assessment of lands, designing of adaptive landscape farming systems and agricultural technologies), Metodicheskoerukovodstvo, Moskva, FGNU «Rosinformagroteh», 2005, 784 p.
2. Soil tillage in agroecosystems / Ed. by A. El Titi. Boca Raton [et al.]: CRC press, 2003. 367 p.
3. Rekomendacii po provedeniju vesenne-polevyh rabot v Kirovskoj oblasti (Recommendations for carrying out spring field work in the Kirov region), Pod obshhej red. V. A. Sysueva, Kirov, NIISH Severo-Vostoka, 2013, 68 p.
4. Mishurov N.P., Shhegolihina T.A., Fedorenko V.F., Manohina A.A. Sel'skohozjajstvennaja tehnika. Posevnye i posadochnye mashiny (Agricultural machinery. Seeding and planting machines), Moskva, FGBNU «Rosinformagroteh», 2022, 168 p.
5. Zhuk A.F., Revyakin E.L. Razvitiye mashin dlya minimal'noy I nulevoy obrabotki pochvy (Development of machines for minimum and zero tillage), Moskva, Rosinformagrotekh, 2007, 156 p.
6. Gol'tjapinV.Ja. Innovacionnye tehnologii prjamogo poseva zernovyh kul'tur: nauchn. analit. obzor (Innovative technologies for direct sowing of grain crops: scientific and analytical review), Moskva, FGBNU «Rosinformagroteh», 2019, 80 p.
7. Sravnitel'nye ispytanija sel'skohozjajstvennoj tehniki (Comparative tests of agricultural machinery), Pod obshh. red. V.M. Pronina, Moskva, FGBNU «Rosinformagroteh», 2013, 416 p.
8. Vestnik ispytanij sel'skohozjajstvennoj tehniki (Bulletin of testing of agricultural machinery), M-vosel'skogohoz-va RF, Assoc. ispytatelej s.-h. tehnikiitehnologij (AIST), pos. Ust'-Kinel'skij, AIST, 2020, 116 p.
9. Inaekjan S.A., Zvolinskij V.N. Puti sovershenstvovanija konstrukcij rotacionnyh pochvoobrabatyvajushhih mashin (Ways to improve the designs of rotary tillage machines), Obzornaja informacija, Moskva, CNHTJeItraktorosel'hozmash, 1984. 62 p.
10. Zvolinskij V.N., Mosjakov M.A., Semichev S.V. Opyt i perspektivy primenenija dvuhbarabannyh rotacionnyh pochvoobrabatyvajushhih orudij (Experience and prospects for the use of double-drum rotary tillage implements), Traktoryisel'hozmashiny, 2016, No. 2, pp. 24-27.
11. Bomford Turner Limited [Elektronnyiresurs], Station Road, Salford Priors, Nr Evesham, Worcestershire, 8SW, UK, URL: www.bomford-turner.com (data obrashhenija: 15.01.2022).
12. Inaekjan S.A., Antoshin A.P., Drozdov V.N. Kombinirovannaja pochvoobrabatyvajushhaja mashina (Combined tillage machine ), Tehnika v sel'skom hozjajstve, 1987, No. 3, pp. 53-54.
13. Zvolinskij V.N., Antoshin A.P., Savin V.P. Ispytanija rotacionnogo besprivodnogo ryhlitelja RBR-4 (Testing of the rotary non-drive ripper RBR-4), Tehnika v sel'skom hozjajstve, 1990, No. 12, pp. 21-23.
14. Ahmetov A.A. Tendencii sovershenstvovanija konstrukcii hlopkovodcheskih predposevnyh pochvoobrabatyvajushhih mashin-orudij (Trends in improving the design of cotton-growing pre-sowing tillage machines and implements), Tashkent, IlmiyTexnikaAxboroti - Press Nashriyoti, 2017, 236 p.
15. Ivanov A.G., Kostin A.V., Shakirov R.R. [et al.] Substantiation of process variables and modes of heavy spring-tooth harrow, International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 2020, Vol. 8, No. 3, pp. 695-704. DOI 10.30534/ijeter/2020/14832020.
16. Sysuev V.A., Djomshin S.L., Cheremisinov D.A., Doronin M.S. Povyshenie kachestva polosnogo poseva semjan trav v derninu (Improving the quality of strip sowing of grass seeds into turf ), Agrarnajanauka Evro-Severo-Vostoka, 2017, No.5(60), pp. 63-68.
17. Bodalev A.P., Ivanov A.G., Kostin A.V., Shkljaev K.L., Shkljaev A.L., Derjushev I.A. Vzaimodejstvie pruzhinnyh rabochih organov tjazhelyh zubovyh boron s pochvoj (Interaction of spring working bodies of heavy tooth harrows with soil), VestnikNGIJeI, 2020, No.1(104), pp. 16-30.
18. Pochvoobrabatyvajushhee orudie (Tillage implement), pat. 2301512 Ros. Federacija, № 2005139909,zajavl. 20.12.2005, opubl. 27.06.2007,Bjul. No.18, 7 p.
19. Demshin S.L., Saitov V.E., Cheremisinov D.A. Povyshenije effektivnosti predposevnoj obrabotki pochvy s razlichnymi tipami izmel'chajushhego rotora (Increasing the efficiency of pre-sowing tillage with different types of a chopping rotor), Vladimirskijzemledelec, 2018, No.4. pp. 55-58.
20. Kormshhikov A.D. Tehnika i tehnicheskie sredstva dlja sklonovyh zemel' (Equipment and technical means for sloping lands), Kirov, NIISH Severo-Vostoka, 2003, 298 p.
Сведения об авторах
С.Л. Демшин1, - д-р техн. наук;
В.Е. Сайтов213 - д-р техн. наук, профессор.
1,2 Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, Киров, Россия
1 https://orcid.org/0000-0001-7562-7965
2 https://orcid.org/0000-0002-5548-8483
Information about the authors
S.L. Demshin1 - Dr. Tech. Sci.;
V.E. Saitov23 - Dr. Tech. Sci., Professor.
1,2 Federal Agrarian Research Center of the North-East named after N.V. Rudnitsky, Kirov, Russia
1 https://orcid.org/0000-0001-7562-7965
2 https://orcid.org/0000-0002-5548-8483
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.
Статья поступила в редакцию 02.05.2023; одобрена после рецензирования 15.09.2023; принята к публикации 10.11.2023 The article was submitted 02.05.2023; approved after reviewing 15.09.2023; acceptedfor publication 10.11.2023
