CC BY
79
УДК 631.311
ОБЗОР И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВОООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ
Н. С. КОЗЛОВ
РУП «НПЦНАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», г. Минск, Беларусь, 220049, e-mail: [email protected] (Поступила в редакцию 13.01.2017)
Одной из основных задач АПК является устойчивый рост объемов производства сельскохозяйственной продукции и продовольствия исходя из ее экономической целесообразности. Решение данной задачи может быть обеспечено при сохранении и повышении плодородия почв, что можно обеспечить за счет внесения удобрений и своевременной качественной обработки почвы. В качестве удобрений можно применяться измельченные растительные остатки сельскохозяйственных культур, которые содержат высокое количество органического вещества и доступных азотосодержащих соединений. В настоящее время в Республике Беларусь и за рубежом сельскохозяйственная техника, применяемая для послеуборочной обработки почвы, в том числе для измельчения и заделки в почву растительных остатков, представлена в большом разнообразии. Однако преобладают агрегаты с пассивными рабочими органами, так как они имеют по сравнению с агрегатами активными рабочими органами большую производительность, надежность и меньшую стоимость. Все почвообрабатывающие агрегаты, применяемые для измельчения растительных остатков не имеют существенных конструктивных отличий, однако отличаются комплектацией различными рабочими органами на раме и их расположением. В связи с этим необходимо исследовать конструкции рабочих органов, применяемых в агрегатах с пассивными рабочими органами для измельчения растительных остатков и дальнейшего обоснования типа и рациональных параметров рабочего органа.
Ключевые слова: рабочий орган, диск, каток, растительные остатки, измельчение, агрегат.
One of the main tasks of agro-industrial complex is a steady increase in the volume of production of agricultural products and foodstuffs, based on its economic feasibility. The solution of this problem can be ensured with the preservation and improvement of soil fertility, which can be ensured by applying fertilizers and timely high-quality tillage. Fertilized plant fragments of agricultural crops that contain a high amount of organic matter and available nitrogen-containing compounds can be used as fertilizers. Currently, agricultural machinery in the Republic of Belarus and abroad, used for post-harvest soil cultivation, including grinding and planting of plant residues, is represented in a wide variety. However, the most prevalent are units with passive operating elements, since they have greater productivity, reliability and lower cost in comparison with active working bodies. All the tillage units used for plant residues grinding have no significant structural differences, but differ in the combination of different working elements on the frame and their arrangement. In this connection it is necessary to investigate the design of working organs used in aggregates with passive working organs for plant residues grinding and further justify the type and rational parameters of the working organ.
Key words: working organ, disk, roller, plant residues, grinding, aggregate.
Введение
При внесении растительных остатков сельскохозяйственных культур как органического удобрения имеется проблема послеуборочного их измельчения (кукуруза на зерно и корм). По данным ряда исследований [1, с. 5], установлено, что наилучшие условия разложения растительных остатков в осенне-зимний период обеспечиваются при измельчении их на отрезки длиной не более 15 см и дополнительном продольном расщеплении на несколько частей. Процесс минерализации таких частей до их полного разложения по сравнению с неизмельченными остатками ускоряется в 7-8 раз.
В настоящее время в Республике Беларусь отсутствуют почвообрабатывающие машины, которые могут обеспечить резку растительных остатков высокостебельных культур до требуемых размеров.
Наиболее перспективными представляются агрегаты с пассивными рабочими органами. Поэтому важное значение имеет анализ конструкции машин и рабочих органов, применяемых для послеуборочного измельчения растительных остатков высокостебельных культур.
Основная часть
Наибольшее распространение получили дисковые рабочие органы, одним из которых является плоский диск (рис. 1 а). Достоинством их является то, что при работе почвообрабатывающих агрегатов оснащенных плоскими дисками обеспечивается высокая рабочая скорость. Причем не происходит сильного разбрасывания почвы и распыления ее, также они в процессе работы хорошо заглубляются и обеспечивают подрезание растительных остатков. Основными параметрами плоских дисков является диаметр, толщина и угол заострения лезвия. Они применяются для обработки почв, подверженных ветровой эрозии. Недостатками плоских дисков является то, что из-за плохого защемления растительных остатков лезвием происходит некачественное измельчение растительных остатков. Кроме того, происходит сгруживание перед диском растительных остатков и дальнейшее его выглуб-ление из почвы [2, с. 6-7]. Вторым распространенным рабочим органом является сферический диск (рис. 1 б). Сферические диски широко применяются в дисковых боронах и лущильниках как на отечественных, так и на зарубежных сельскохозяйственных агрегатах. В отличие от плоских дисков они имеют еще такой параметр, как радиус сферической поверхности диска.
Недостатками сферических дисков является то, что почвообрабатывающие агрегаты, оснащенные сферическими дисками, не могут работать на высоких скоростях (до 9,5 км/ч). Превышение скорости ведет к чрезмерному разбрасыванию почвы и увеличению тягового сопротивления, а также происходит их выглубление из почвы. Сферический диск также плохо защемляет растительные остатки своим лезвием из-за чего не обеспечивает качественное измельчение растительных остатков [2, с. 6-7]. Самыми распространенными рабочими органами являются сферические вырезные диски (рис. 1 в). Они устанавливаются практически на каждом почвообрабатывающем агрегате. Конструкция таких рабочих органов зависит от количества вырезов на диске и их формы, что позволяет лучше измельчать растительные остатки, за счет того, что вырезы на дисках обеспечивают хорошее защемление растительных остатков между почвой и лезвием диска. Однако они не обеспечивают качественного измельчения растительных остатков высокостебельных культур [1, с. 21]. Чтобы получить необходи-
мую степень измельчения сферическими дисками или вырезными сферическими дисками требуется неоднократное прохождение агрегата по полю, что ведет к распылению почвенных частиц, потере влаги, усилению ветровой эрозии, и как результат, к снижению плодородия почвы. Кроме того [1, с. 23], двух-, трех- и даже четырехследное размещение сферических дисков не обеспечивает качественного измельчения, так как после прохождения первого ряда дисков всю измельченную и неиз-мельченную массу растительных остатков первый ряд дисков ориентирует вдоль движения агрегата, что препятствует их измельчению последующими рядами дисков. Фирма «КеПу» (Австралия) изобрела новые сферические литые диски, которыми комплектуют свои лущильники серии МРН.
Конструкция данного диска представляет собой диск с размещенной в его центре с внешней стороны проушиной, а с внутренней - крюк, для сцепки с другими дисками (рис. 1 в). Каждый диск своим крюком соединяется с проушиной другого диска и образует цепочку. Чтобы диски не рассоедини-лись, конструкция крюка изготовлена с небольшим удлинением. Выхождению диска из проушины другого диска препятствует установленный фиксатор, закрепленный болтом. Такие диски изготовлены из прочного карбид-вольфрамового стального сплава весом 7 кг и обеспечивают устойчивую работу на легких и средних почвах, а для тяжелых почв изготовлены диски из чугуна, весом 12 кг. Эти диски эффективны для лущения на глубину до 7 см, подрезания растительных остатков и заделки их в почву. Однако как плоские, так и сферические диски из-за плохого защемления растительных остатков они плохо измельчают растительные остатки высокостебельных культур. Как и все вы-шепроанализированные рабочие органы, сферические литые диски работают по принципу традиционной обработки почвы, перемещаясь горизонтально в почве, они образуют слои повышенной плотности, или гребнистую подошву.
в) с ферический вырезной диск
а) плоский диск б) с ферический диск
Рис. 1. Дисковые рабочие органы Известны рабочие органы в виде волнистого диска (рис. 2 а), которые получили широкое распространение за рубежом («SMS» (Чехия); «Бобруйсксельмаш» (Беларусь); «Great Plains» (США); «SALFORD» (Канада) и другие). Их применяют в почвообрабатывающих агрегатах для вертикальной обработки почв [3, с. 39]. Она подразумевает безотвальную обработку почвы без образования уплотненного слоя почвы. Волнистый диск представляет собой искривленный плоский диск. Искривление его идет от центра к наружному диаметру и образует на последнем так называемую волну, которая имеет различную форму и размеры.
а) волнистый диск «Great Plains» (США); б) ножевидный диск фирмы «1АТ» (Германия)
Рис. 2. Рабочие органы
Однако наибольшего успеха в производстве дисков достигла американская фирма «Great Plains» (США) (рис. 2 а). В ее линейке агрегатов для вертикальной обработки почвы и мульчирования растительных остатков используют в качестве рабочих органов волнистый диск, у которого искривление волны идет не с центра диска, а на некотором расстоянии по радиусу и под углом к нему. Это так называемый турбодиск. Такая особенность позволяет заглубляться волне диска в почву вертикально, а выглубляться горизонтально. Это обеспечивает наилучшие результаты измельчения пожнивных остатков сосредоточенных в валках и небольших скоплениях на поле. Это является немаловажным фактором в измельчении растительных остатков, так как после уборки кукурузы на зерно на поле, помимо несрезанных растительных остатков, остается много небольших скоплений, разбросанных после прохода уборочной машины. Волнистые диски хорошо заглубляются в почву (до 15 см (Turbo-Coulter фирмы «Great Plains» (США))), тем самым измельчают корневую систему растений. Почвообрабатывающие машины, оснащенные волнистыми дисками, имеют высокую рабочую скорость (агрегат RTS фирмы «SALFORD» (Канада) - 19 км/ч), тем самым увеличивается производительность машины. Однако они не обеспечивают качественного измельчения растительных остатков, а лежащие в продольном направлении к движению агрегата на почве растительные остатки и нескошенная послеуборочная часть, стоящая вертикально, вообще не измельчается.
Известны ножевидные диски (рис. 2 б) фирмы «Great Plains» (США), «IAT» (Германия) и «Vaderstad» (Швеция). Конструктивно они представляют собой диск, по периметру которого установлены лопатки с закрепленными ножами. Достоинство таких рабочих органов - высокая рабочая скорость (до 25 км/ч (агрегат Hektor Gigant «IAT» (Германия))), кроме того, они являются хорошим мето-
дом борьбы с кукурузным мотыльком за счет качественного измельчение растительных остатков. Однако не обеспечивают хорошую работу на тяжелых и влажных почвах. Кроме того, существуют проблемы копирования ножами рядков стебельных остатков, а также заделывания их в почву [4, а 47-48].
Все большее применение для измельчения растительных остатков высокостебельных культур за-рубежом получают ножевидные катки (рис. 3). Они представляют собой цилиндр, по периметру которого установлены ножи. Ножевидный каток установлен на валу в двух подшипниковых узлах и
Рис. 3. Ножевидный каток фирмы «DAL-BO» (Дания)
Фирма «Great Plains» (США) на своих почвообрабатывающих агрегатах для измельчения растительных остатков применяет спирально-ножевидный каток Turbo-chopper. Конструкция данного катка отличается установкой ножей, крепления которых образуют спираль, кроме того они установлены под углом к радиусу катка. Наклон ножей по радиусу катка улучшает проникающую способность в процессе резки, тем самым они разрезают растительные остатки вертикально и препятствуют вдавливанию их в почву. Спиральная форма катков позволяет обеспечить постоянный контакт с почвой и, таким образом, улучшить их режущее действие и снизить вибрацию передающуюся от катка к трактору, последнюю можно уменьшить снижением рабочей скорости, что приведет к уменьшению производительности. Исследования, проведенные Обернским университетом (США) в 2003 г., показали, что по сравнению с прямым и шахматным расположением ножей, расположение ножей по спирали на катке обеспечивает минимальную вибрацию катка [5, c. 583].
Достоинством ножевидных катков является простои и компактная конструкция, обеспечивающая работоспособность на различных агрофонах. Применение их на почвообрабатывающих агрегатах позволяет работать на высоких рабочих скоростях с низким тяговым сопротивлением. Одновременно с измельчением растительных остатков высокостебельных культур обеспечивается их расщепление, что в свою очередь уменьшает сроки разложения растительных остатков в почве и препятствует распространению болезней и вредителей. Также после прохода катка по полю не образовывается уплотненный слой почвы, как у рабочих органов для традиционной обработки почвы [6, c. 101]. Однако при работе на каменистых почвах повреждаются ножи катка, происходит забивание пространства между ножами почвой и растительными остатками. Прямое расположение ножей на катке, а также их растановка с большим шагом, способствует появлению вибрации [5, c. 581]. Кроме того, при всех своих достоинствах ножевидные катки не обеспечивают качественного измельчения растительных остатков на отрезки длиной до 15 см.
Заключение
Приведенный обзор и анализ рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов для измельчения растительных остатков высокостебельных остатков показал, что наибольшее применение имеют сферические и сферические вырезные диски. Это можно объяснить их невысокой стоимостью, универсальностью и работоспособностью на различных агрофонах. Также стоит отметить то, что все большее распространение получают такие рабочие органы, как сферические литые, волнистые и ноже-видные диски, ножевидные катки.
Учитывая все достоинства и недостатки рабочих органов, применяемых в почвообрабатывающих агрегатах для измельчения растительных остатков, необходимо отметить то, что перспективным направлением для повышения качества измельчения растительных остатков высокостебельных культур является совершенствование конструкции ножевидного кактка. Для этого необходимо исследовать влияние расположения ножей на катке по спирали, чтобы обеспечивать скользящее резание. Кроме того, изучить влияние на качество измельчения установки ножей под углом к радиусу катка, чтобы уменьшить энергоемкость процесса резания остатков.
ЛИТЕРАТУРА
1.Спирин, А. П. Мульчирующая обработка почвы / А. П. Спирин. - М.: ВИМ, 2001. - 134 с.
2.Кобяков, И. Д. Механико-технологические основы работы шестиугольных дисковых рабочих органов почвообрабатывающих орудий: автореф. дис. ... докт. тех. наук: 05.20.01/ И. Д. Кобяков. - Новосибирск, 2012. - 39 с.
3.Лепешкин, Н. Д. Об использовании машин для вертикальной обработки почвы в условиях Республики Беларусь / Н. Д. Лепешкин, В. В. Мижурин, А. А. Зенов // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межвед. тематич. сб. / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». - Минск, 2013. - Вып. 47. - С. 37-43.
4.Dr. Yves Reckleben, Stoüüelbearbeitung nach Mais - Auf die richtige Technik kommt es an/ Fachhochschule Kiel / Allgäuer Bauernblatt. - 2013. - 9. November. - Р. 46-48.
5.R. L. Raper. P. A. Simionescu, T. S. Komecki, A. J. Price. D. W. Reeves/ Reducing Vibration while Maintaining Efficacy of Rollers to Terminate Cover Crops/ Applied Engineering in Agriculture/ American Society of Agricultural Engineers. - 2004. -Р. 581-584.
6.Holland, H. Marktübersicht: So kriegen Sie Zwischenfrüchte klein / H. Holland, A.Debbeler // dlz agrarmagazin. - 2016. -Vol. 134. - №2. - P. 99-101.
