CC BY
46
УДК 631.331
10.18286/1816-4501-2016-1-152-156
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИАМЕТРА ПЛОСКОГО ДИСКА РАБОЧЕГО ОРГАНА ГРЕБНЕВОЙ СЕЯЛКИ
Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности»
Зыкин Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности»
Шаронов Иван Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1; тел.: 8(8422)55-95-95; е-таН: [email protected]
Ключевые слова: технология, посев, почва, культивация, прикатывание, междурядья Разработана гребневая сеялка, применение которой позволяет с минимальными затратами за один проход выполнить предпосевную культивацию, высев семян, образовать над строчкой высеянных семян бугорок почвы, уплотнить бугорок почвы с трех сторон и окончательно сформировать гребень почвы требуемых размеров и плотности в нем. Теоретически обоснован оптимальный диаметр плоского диска рабочего органа гребневой сеялки из условия его вращения в почве с минимальным скольжением, а также надежного разрезания комков почвы и сорных растений, а также сдвига почвы из междурядий на высеянные семена. Выявлено, что диаметр плоского диска при заданной агротехническими требованиями глубине хода рабочего органа и определенном в зависимости от размеров получаемого гребня почвы угле его атаки зависит от физико-механических свойств почвы.
Введение
Проанализировав известные способы предпосевной подготовки поля и гребневого возделывания пропашных культур, можно заключить, что гребни почвы при посеве формируют различными средствами механизации с активными и пассивными рабо-
Рис. 1 - Посевная секция гребневой сеялки: 1 - параллело-граммный механизм; 2 - грядиль; 3 - опорное колесо; 4 - лапа-сошник; 5, 6 - рабочие органы с правым и левым плоскими дисками; 7 - каток-гребнеобразователь
чими органами, в частности, плоскими дисками. Однако задача качественного формирования гребней почвы плоскими дисками решена недостаточно, поэтому необходимо обосновать оптимальные конструктивные и режимные параметры гребневой сеялки, оснащенной новыми рабочими органами, включающими в себя, в частности, плоские диски [1, 2, 3, 4].
Объекты и методы исследований
Для практической реализации гребневого способа посева пропашных культур [5, 6] разработана гребневая сеялка [7, 8, 9] , одновременно выполняющая предпосевную культивацию, высев семян во влажный слой почвы на уплотненное ложе, формирование над семенами бугор-
1!
га еа »1
р и ш з! М
Ой и
ка почвы, прикатывание его с трех сторон и окончательное формирование гребня почвы требуемых размеров и плотности в нем.
На каждой посевной секции (рис. 1) гребневой сеялки установлены лапа-сошник, два рабочих органа с плоскими дисками и каток-гребнеобразователь.
Рабочие органы (рис. 2) устанавливают таким образом, чтобы их плоские диски под острым углом были направлены в сторону движения гребневой сеялки. Результаты исследований При движении гребневой сеялки крылья лапы-сошника приподнимают слой почвы толщиной 2...3 см, смещают его в разные стороны, образуя влажное уплотненное ложе, на которое укладывают семена. Следом идущие рабочие органы крыльями стрельчатых лап также приподнимают почву и правым и левым плоскими дисками отбрасывают ее из междурядья в сторону продольной оси симметрии грядиля (на высеянные семена).
Процесс прямолинейного движения и вращение плоского диска радиусом R, м, в почве на глубине h, м, должен происходить так, чтобы при встрече с комками плоский диск защемлял их между своей режущей кромкой и почвой и разрезал их. В этом случае угол Q контакта с почвой является углом защемления [10] (рис. 3).
При взаимодействии режущей кромки плоского диска с комком почвы А возникают две нормальные силы: N = N tgP, стремящаяся вытолкнуть комок почвы, и N2 = N / COS в - перпендикулярная режущей кромке плоского диска. Результирующая сила N = N1 + N2 - стремится вытолкнуть комок почвы из раствора режущей кромки и поверхности почвы в направлении положительной части оси Ох.
Между поверхностями комка почвы и
Рис. 2 - Рабочий орган гребневой сеялки: а - общий вид; б - вид сверху; 1 - стрельчатая лапа; 2 - стойка; 3 - кронштейн; 4 - фиксатор; 5 - регулировочный диск; 6 - отверстия: 7, 8 - болты; 9 - плоский диск
Рис. 3 - К определению диаметра плоского диска
почвы возникает сила трения и сила F2 -между режущей кромкой плоского диска и почвой. Результирующая сила трения Г = + F2 направлена в сторону, противоположную направлению вращения плоского диска [10, 11]. Из рис. 3 следует, что:
= N Ш, (1)
и
Sis ESS »1
Si
р и ш Hi ;ii M ■ i
00 si
Р2 = #2 tg^2 , (2)
где ф1 - угол трения между режущей кромкой плоского диска и комком почвы, град.;
ф2 - угол трения между поверхностями комка почвы и почвой, град.
Защемление комка почвы между режущей кромкой и почвой произойдет при условии
^ + N
x
(3)
или
N tg^ + N2 tg^2 cos в > N
. (4)
Подставив в уравнение (4) значения N1
в = 90° — Я и N2, и, учитывая, что " , получим:
tg^i + tg^2 > !. (5)
Если же tg^1 + tg^2 < 1, то комок почвы будет выталкиваться из раствора между режущей кромкой плоского диска и поверхностью почвы.
Для вращения плоского диска в почве с минимальным скольжением и сопротивлением качению необходимо обосновать его диаметр. Плоский диск с оптимальным диаметром должен обеспечить надежное разрезание комков почвы и сорных растений и сдвиг определенного объема почвы из междурядий на высеянные семена.
Так как плоский диск рабочего органа установлен с углом атаки а, град., к направлению движения гребневой сеялки, то в продольно-вертикальной плоскости проекция плоского диска представляет эллипс с полуосями R и R cos« [11, 12].
Каноническое уравнение эллипса
2 2 x У л --+ — = 1
2 l2
a Ь , (6) где a = R C°SCf - малая ось эллипса, м;
b = R - большая ось эллипса, м. С учетом параметров плоского диска уравнение (6) запишем следующим образом:
R2 cos2 а
+ Ут = 1
R2
(7)
У = J R
Из уравнения (7) выразим величину у:
Jr2
1 —
R2 cos2 а
cos2 а — x2
cos а
. (8)
Для определения угла Ц, образован-
ного силой N в направлении оси Ох и касательной линией к режущей кромке плоского диска необходимо продифференцировать выражение (8) по переменной величине х:
tgЯ = ^ =
dx
4R
(9)
Для определения х необходимо учесть, что в точке А контакта режущей кромки плоского диска с комком почвы
у = -( к - ^. (10)
Тогда, подставив выражение (10) в уравнение (7), получим:
x
+
(—(R — h))2
1
R cos а R . (ц)
Выражая из уравнения (11) переменную величину х, получим:
x = ±cosа yJlhR — h2 (12)
Подставив выражение (12) в уравнение (9), получим:
(± cos а V2hR — h2)
tg# = —
cos а .. \R2 cos2а —1± cosа
(± cos а л/2hR — h2)
(13)
Возведем в квадрат обе части уравнения (13) с учетом, что tgЯ = tg^1 + tg^2 и, выполнив соответствующие преобразования, получим квадратичное уравнение:
R2 (tg^1 + tg^2)2cos2ff — 2hR [1 + (tg^1 + tg^2)2cos2 а] +
+ h2 [1 + (tg^1 + tg^2)2 cos2 а] > 0.
(14)
Выразив [ (tg^1 + tg^2)'cos2 а 1 + (tg^»1 + tg^2)2 cos2 а
рез j, и решая уравнение (14) относительно радиуса R плоского диска, получим:
через I, а
че-
> hj - (J -1)
R >
или
Rl,2 >
hy/J (J -i) h j
i i
h(J 4J(J - i))
(15)
i - (16) Выполнив обратную замену переменных i и j, определим оптимальный диаметр плоского диска рабочего органа гребневой сеялки из условий его надежного сцепления с почвой и минимального скольжения:
2h (l + (tg^i + tg^2 )2 cos2 а±ф + (tg^i + tg^2 )2 cos2 a )
D >-
(tgft + tg^z) cos a
(16)
Угол трения между режущей кромкой плоского диска и комком почвы (или угол трения почвы по стали) для черноземных почв ф1 = 20...24°, а угол трения между поверхностями комка почвы и почвой ф2 = 48° [13]. Тогда при глубине хода рабочего органа с плоским диском h = 0,06 м, минимальный диаметр плоского диска при угле его
атаки а = 5 составит D = 0,08.0,26 м, при а = 35° - D = 0,07.0,32 м.
Вывод
Таким образом, оптимальный диаметр плоского диска гребневой сеялки зависит от глубины хода h рабочего органа, угла атаки а плоского диска и физико-механических свойств почвы. Однако, как показали проведенные исследования рабочих органов гребневой сеялки, для формирования гребня почвы необходимых геометрических размеров и перемещения соответствующих объемов почвы, минимальный диаметр плоского диска должен быть не менее 0,25.0,3 м [14].
Библиографический список
1. Курдюмов, В.И. К обоснованию угла атаки плоского диска рабочего органа гребневой сеялки / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин // Вестник Ульяновской государственной сель-
скохозяйственной академии. - 2012. - № 4 (20). - С. 127 - 130.
2. Курдюмов В.И. Энергосберегающие средства механизации гребневого возделывания пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии .
- 2013. - № 1(21). - С.144-149.
3. Курдюмов В.И. Исследование катка-гребнеобразователя в лабораторных условиях / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2009. - № 2 (9). - С. 91 - 95.
4. Экспериментальные исследования универсального катка-гребнеобразователя / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин, И.А. Шаронов, В.П. Зайцев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.
- 2011. - № 4 (16). - С. 107 - 112.
5. Пат. 2443094 Российская Федерация, МПК А01В79/02, A01G1/00. Способ возделывания пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». -№ 2010141211/13; заявл. 07.10.2010; опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6.
6. Пат. 2265305 Российская Федерация, МПК А01С7/00. Способ посева пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2004109411/12; заявл. 29.03.2004; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34.
7. Пат. 2435352 Российская Федерация, МПК А01С7/00, А01В49/06. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2010129255/13; заявл. 14.07.2010; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34.
8. Пат. 2435353 Российская Федерация, МПК А01С7/00, А01В49/06. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2010129256/13; заявл. 14.07.2010; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34.
9. Пат. 108902 Российская Федерация, МПК А01В49/04. Секция сеялки-культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин, И.А. Шаронов; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - №
и
Sis ESS »1
Si
р и ш Hi ;ii M ■ i
00 si
2011100230/13; заявл. 11.01.2011; опубл. 10.10.2011, Бюл. № 28.
10. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И. Кленин, В.А. Сакун. - М.: Колос, 1994. - 751 с.
11. Есоян, A.M. К теории оптимизации параметров сферических дисков почвообрабатывающих машин / A.M. Есоян, П.А. Тонапетян, A.A. Аракелян // Известия Государственного аграрного университета Армении. - 2006. - № 2. - С. 56-58.
12. Канаев, А.И. Управление системой «рабочие органы - почва» при обработке зяби с целью накопления почвенной влаги
в условиях Заволжья : монография / А.И. Канаев. - Самара, 2001. - 274 с.
13. Зыкин, Евгений Сергеевич. Способ посева пропашных культур с разработкой катка-гребнеобразователя. 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства; дис. ... канд. техн. наук / Е.С. Зыкин. - Пенза, 2004. - 181 с.
14. Курдюмов, В.И. Исследование рабочих органов гребневой сеялки в лабораторных условиях / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин, Г.Л. Татаров // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 3 (31). - С. 121-124.
