Научная статья на тему 'Теоретическое обоснование диаметра плоского диска рабочего органа гребневой сеялки'

Теоретическое обоснование диаметра плоского диска рабочего органа гребневой сеялки Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
175
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
технология / посев / почва / культивация / прикатывание / междурядья

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Курдюмов Владимир Иванович, Зыкин Евгений Сергеевич, Шаронов Иван Александрович

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Курдюмов Владимир Иванович, Зыкин Евгений Сергеевич, Шаронов Иван Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Теоретическое обоснование диаметра плоского диска рабочего органа гребневой сеялки»

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: evg-zykin@yandex.ru

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.