CC BY
127
УДК 631.312.352
УДАРНОЕ РАЗРУШЕНИЕ И АКТИВНЫЙ ОБОРОТ ПОЧВЕННОГО ПЛАСТА
ПРИ ВСПАШКЕ
доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, заслуженный лесовод РФ профессор кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин И. М. Бартенев ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
kafedramehaniza@mail. ш
В районах недостаточного и неустойчивого увлажнения, расположенных в лесостепной и степной зонах, приходится около 70 % всей площади сельскохозяйственных земель. В этих районах распространены черноземы различного типа и почвы каштанового комплекса с участками солонцов. Пахотные земли в Европейской части России расположены в основном на Средне-Русской и Приволжской возвышенностях, чем объясняется значительная расчлененность территорий, которая в зависимости от районов колеблется в широких пределах от 1,0 до 3 км/км2. Широко развита сеть оврагов и балок, обрабатываемые площади имеют уклоны разной крутизны.
Склоны заняты маломощными почвами тяжелого механического состава, слабо- среднесмытыми. Обеспеченность влагой на крутых и покатых склонах недостаточная, так как выпадающие осадки стекают по склону, не впитываясь в почву. При переходе от черноземов к почвам каштанового комплекса еще больше ухудшается механический состав, снижается гумуссированность, возрастает пылева-тость и содержание натриевых солей, вследствие этого уменьшается водопроницаемость и сопротивление почв [12].
Важным показателем состава и
свойств твердой фазы почвы является твердость ее, характеризующая прочность или связанность механических и агрегатных элементов, обусловленную внутренним сцеплением и трением. В связи с наличием в почве цементирующих веществ (гумуса, карбонатов, иловатых и коллоидных фракций) и действием ван-дер-ваальсовских молекулярных сил сцепления между поверхностями сближающихся почвенных частиц и агрегатов и высоких температур, особенно, в зоне сухой степи, твердость почвы высока, и она возрастает с уменьшением влажности почвы.
Однако, в каком бы состоянии не находилась почва, механическая обработка ее всегда направлена на образование оптимальных условий для посева и посадки, на борьбу с сорной растительностью, на накопление и экономное расходование влаги и защиту почв от эрозии. Это обеспечивается при определенных значениях крошения продуктивного слоя почвы и плотности его сложения. Принято считать, что степень крошения считается хорошей, когда количество комков размером 5 см и менее должно составлять не менее 70 % от общей массы почвенного пласта.
Пласт, с целью его крошения, подвергается деформациям, разрушающим внутренние связи. Применяются различ-
ные виды деформации - растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб и кручение, основными из которых являются растяжение и сжатие, а остальные напряжения - производные, возникающие под воздействием плужного корпуса со скоростью поступательного движения плуга.
Выбор определенного вида деформации сообразуется с физико-механическими свойствами и состоянием почвы, с получением обработанного слоя почвы, обеспечивающего благоприятные условия для роста и высокой продуктивности культурных растений при минимальных затратах энергии, средств и труда. Правильно выбранный вид деформации почв - это технологическая основа создания высокоэффективных рабочих органов и в целом конструкции почвообрабатывающих машин.
Многими исследователями [5, 6, 11 и др.] установлено, что почвы хорошо работают на сжатие, величина которого резко возрастает с уменьшением влажности. Наименьшее сопротивление сжимающим усилиям почва имеет в состоянии физической спелости, т.е. когда в почве содержится 40-50 % влаги от полной влагоемко-сти или когда весовая влажность почв, например, каштанового комплекса и южного чернозема составляет 15-17 %. В этом случае обеспечивается высококачественное крошение почвы, равное 75-83 % при минимальном распылении - до 10 %.
Однако почвы в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения большей частью во времени имеют влажность ниже агротехнически допустимых пределов и находятся в весьма плотном и слитном со-
стоянии. Поэтому при сжатии таких почв возникает огромная внутренняя энергия, противодействующая силе давления, и разрушение их сжатием становится нецелесообразным [5].
С другой стороны, сухие твердые почвы характеризуются рядом положительных свойств - это хрупкость, малая ударная вязкость и низкая энергоемкость разрушения. Разрушению внутренних связей сухих твердых почв при действии растягивающих усилий с малыми затратами энергии способствует еще то, что в таких почвах имеются поры, пустоты и трещины, заполненные воздухом, сумма которых образует в пласте так называемые сечения слабых связей, по линиям которых и происходит разрушение почвенного пласта.
Обычный лемешно-отвальный корпус плуга производит резание почвенного пласта в горизонтальной и вертикальной плоскостях, подъем и транспортирование, крошение, отвод в сторону и оборот, то есть он выполняет несколько технологических операций, отличающихся по характеру своего воздействия на почву и протекающих в последней деформаций. Параметры корпуса и отвала спроектированы таким образом, чтобы сконцентрировать давление в ограниченном объеме почвы, превратить максимум энергии в потенциальную энергию защемленного воздуха, приводящей к разрушению пласта.
Однако, как отмечает В.А. Желигов-ский [11], при недостатке или отсутствии воды в почве защемление воздуха не происходит. В этом случае внешнее давление рабочей поверхности корпуса на пласт передается внутри почвы от одного комка к
другому в точках их взаимного соприкосновения. Вследствие этого удельное давление рабочей поверхности корпуса плуга на почву в этих точках оказывается увеличенным в 6-7 раз по сравнению с обработкой физически спелых почв. При давлении больше предела прочности глыб происходит раздавливание их на крупные отдельности неправильной формы и пыль. Размеры глыб в поперечнике достигают 40-60 см, для разрушения которых применяют глыбодробитель и тяжелые дисковые бороны, что требует значительные дополнительные затраты средств и труда.
Таким образом, плужные корпуса с рухалдовой и полуцилиндрической или культурной отвальной поверхностью бессильны справиться с задачей крошить сухую твердую почву. Отвалы полувинтового и винтового типов спроектированы главным образом, чтобы хорошо оборачивать пласт.
Решение проблемы обработки сухих твердых почв с меньшими энергозатратами возможно, если операцию крошения почвенного пласта отделить от процесса в целом обработки и производить другими рабочими органами, использующими деформации растяжения и изгиба. Для того, чтобы выявить тип рабочего органа и характер его воздействия на почву, установим оптимальную скорость разрушения сухих твердых тел.
Для разрушения почвенного пласта на фракции, определяющие оптимальную степень крошения почвы, необходимо произвести определенную работу, для определения которой примем гипотезу В.Л. Кирпичева [13]. Суть этой гипотезы за-
ключается в том, что тела геометрически подобные имеют сопротивления, пропорциональные квадратам их сходственных размеров, то есть она отражает связь между затраченной работой и величиной деформированного объема тела.
А = осж -V
2Е :
(1)
.2
сж
предел прочности тела при
где ос сжатии;
Е - модуль упругости;
V - объем деформируемого тела.
Г.Г. Егоров [10], рассматривая основные выводы, вытекающие из гипотезы В.Л. Кирпичева применительно к конкретным условиям разрушения твердых тел, предлагает учитывать затраты работы на образование новой поверхности, введя в формулу (1) показатель степень дробления, то есть
о •V 1
А = и сж у • £ ; ,
2Е
(2)
D
где Х =--это отношение диаметра те-
d
ла D до разрушения к средневзвешенному диаметру d вновь образованных тел.
Применительно к обработке почвы вместо диаметра введен размер в поперечнике соответственно глыбы В до разрушения и вк комков, полученных после разрушения глыбы, т.е. Х = В/вк.
Работа разрушения почвенных глыб при вспашке выполняется за счет мощности двигателя трактора, реализуемой через его движители и обеспечивающей поступательное движение пахотного агрегата со скоростью, достаточной для преодоления общего тягового сопротивления плуга и
обеспечения самопередвижения. Сопротивление плуга определяется по формуле В.П. Горячкина
P = f ■ G + K0 • ав + Eae-Vfl2,
(3)
где Р - сила тяги трактора;
G - сила тяжести плуга;
f - сопротивление перекатыванию плуга;
К0 - коэффициент деформации почвы на единицу площади;
а, в - поперечные размеры пласта, отделяемого корпусом плуга;
Vа - скорость поступательного движения агрегата;
Е - коэффициент пропорциональности, равный Е=0,1К0.
Эта формула разделяет общее сопротивление плуга на три части: fG - сопротивление перекатыванию; К0ав - сопротивление почвы деформации в функции поперечного сечения пласта; Кав^а - сопротивление, затрачиваемое на сообщение живой силы частицам почвы, отбрасываемым рабочими органами, пропорционально площади поперечного сечения ав и квадрату скорости Vа2.
Следовательно, корпус плуга разрушает почвенный пласт под действием силы:
Р' = К0ав + ЕавУ2. (4)
Работа, совершаемая силой Р' при перемещении корпуса на величину £ со скоростью Va будет равна
A=а•в•S(Кo+ЕVа2). (5)
При перемещении корпуса на длину одной из глыб, составляющих почвенный пласт, объемом ав£=^ работа на ее разрушение составит
А=V(Кo+ЕVa2). (6)
Приравнивая (2) и (6) и решая относительно Va, получим оптимальное значение скорости воздействия корпуса плуга на глыбистый почвенный пласт, обеспечивающей агротехнически принятую степень крошения
V =
2E
■£гЛ3 -\ g E
(7)
Например, при обработке светло-каштановых почв влажностью 5,6-8 % и твердостью до 8,0 МПа Ko=0,12 МПа, Е=80 МПа и а сж =11 МПа) для получения степени крошения почвенных глыб 80 % (в среднем Äg = 10) скорость воздействия
корпуса плуга на пласт должна быть равна 7,27 м/с. Это согласуется с данными, полученными И.М. Пановым (1969), Н.А. Уфиркиным (1970) и др. исследователями для других типов суглинистых почв, которыми установлены пределы рабочих скоростей - от 6 до 9 м/с.
Движение пахотного агрегата со скоростью 21,5-36 км/ч нереально. Поскольку разрушение и крошение пласта плугом производится при непрерывном его движении, то при увеличении скорости поступательного движения резко возрастает тяговое сопротивление, вследствие чего конструкция плуга должна быть особенно жесткой и прочной, а это ведет к увеличению массы плуга.
Однако масса рабочих органов и плуга в целом приобретает иное значение, если разрушение сухих твердых почв производить не непрерывным давлением, а ударом, когда сила действует в виде импульса толчком, продолжительность которого ис-
2
числяется долями секунды.
Ударное разрушение сухих твердых почв, относящихся к хрупким телам и не обладающих высокой пластичностью, имеет большие преимущества по сравнению со статистическим способом воздействия на почву. В момент удара, благодаря практически мгновенному протеканию процесса перехода энергии в разрушаемый пласт и составляющие его глыбы, на рабочей поверхности или лезвия ударника развиваются большие силы при одновременно малой массе его и относительно низкой энергоемкости.
При динамическом воздействии возникает более выгодная силовая схема. В обычном плуге реакция почвы воспринимается всей конструкцией, что приводит конструкторов проектировать плуги с усиленной прочностью и увеличенной массой. При ударном воздействии реакция, возникающая во время удара, замыкается в системе «почва-ударник» и лишь в незначительной мере передается на узлы основной конструкции почвообрабатывающей машины.
Таким образом, применяя динамическое разрушение, можно воздействовать на почвенный пласт со скоростью 6-9 м/с рабочим органом малой массы. Известны различные способы динамического воздействия на почву. Они основаны на применении как комбинированных рабочих органов, включающих в плугах лемешно-отвальный корпус и установленный за ним ударник или роторный рыхлитель, так и одних ударников в виде фрез с вертикальной или горизонтальной осью вращения, вибрирующего корпуса или его деталей
(лемеха, долота).
В зависимости от типа применяемых средств динамического воздействия почвенный пласт разрушается в результате удара, когда он находится в связи с массивом почвы (фрезы, вибрирующие корпус и его детали, дробилки и импульсивный ударник) или оторван от массива (лемеш-но-отвальный корпус с роторным рыхлителем, установленным на месте укороченной части отвала).
Вибрация корпуса или его деталей уменьшает трение между движущимися относительно друг друга телами и частицами, а, следовательно, тяговое сопротивление на 15-30 % [9]. Однако эффект от вибрации достигается при очень малой скорости поступательного движения агрегата (0,06 м/с). Общий расход энергии превышает количество энергии, необходимое для обработки почвы обычными рабочими органами. Применение вибраторов вызывает необходимость принятия мер для предупреждения самоотвинчивания всех ее резьбовых соединений. Они усложняют и удорожают машину, увеличивают опасность травмирования обслуживающего персонала.
Импульсивное воздействие рабочего органа целесообразнее непрерывного вибрирования, так как в этом случае энергия почти совсем не расходуется на бесполезное встряхивание пласта и орудия. Рекомендуется наносить по 3-5 ударов на 1 м пути о стенку борозды специальными ударниками, установленными за каждым корпусом плуга (Н.А. Уфиркин, 1970).
Однако импульсивное воздействие эффективно, когда деформируемый мате-
риал однородный и не имеет поверхностей раздела. Почва же, особенно пахотный слой, пронизана корнями растений и многочисленными трещинами, заполненными воздухом и водой. Падающая волна от удара при переходе раздела, заполненного водой или корнями, частично проходит, а частично отражается. Каждая трещина, занятая воздухом, является своего рода фильтром, пропускающая только нормальную к ней компоненту количества движения. Падающая волна большей частью отражается в виде волны растяжения [8].
Поэтому почвенный пласт является плохим передатчиком количества движения, переносимого волнами напряжений. Крошение пласта при импульсивном воздействии ограничивается зоной, прилегающей непосредственно к месту удара. Импульсные ударники не могут решить проблему регулируемого крошения почвенного пласта во всей его толщине.
Аналогичные процессы происходят и в случае разрушения находящихся на поверхности пашни почвенных глыб дробилками, в которых молотки соединены шар-нирно с барабаном. В конструкции подобных дробилок нельзя применять тяжелые молотки, так как при больших скоростях вращения они обладают значительными центробежными силами, что очень опасно. Поэтому рекомендуется применять сравнительно легкие молотки [1].
Наиболее рациональным является свободный удар - удар на лету, то есть диспергирование движущегося в воздухе куска породы в результате соударения с движущимся ударником или с неподвижной массивной преградой [2].
Этот способ широко применяют для разрушения горных пород, относящихся, как и сухие твердые почвы, к хрупким материалам. Свободный удар независим от весьма энергоемких так называемых явлений, которые имеют место при импульсных ударниках или молотковых дробилках.
Контактные явления - это смятие и уплотнение материала в приконтактной зоне, на образование которой расходуется до 96-97 % всей энергии, затрачиваемой на разрушение.
При вспашке сухих твердых почв крошение глыб и крупных комков по способу свободного удара может производиться, если почвенный пласт отделить от массива и подавать его на движущийся ударник, который должен не только крошить, но и оборачивать пласт, заделывая растительные остатки на заданную глубину. По данной технологии рабочего процесса представляется возможным производить разрушение пласта в результате одновременно действующих способов дробления.
Первый способ осуществляется при непосредственном воздействии ударника на почвенный пласт, а второй - при ударе отбрасываемого ударником пласта о пашню. Это еще больше усиливает одно из преимуществ свободного удара - низкую удельную энергоемкость.
Свободный удар позволяет разделить процесс вспашки на две части, выполняющие различными рабочими органами с разной скоростью. Отделение от почвенного массива, подъем, первоначальное транспортирование и разлом на глыбы
пласта производить, воздействуя на него лемехом и грудью отвала при обычной скорости поступательного движения агрегата (1,5-2,2 м/с), а последующие крошение на мелкие фракции, оборот и отвод в борозду в процессе динамического взаимодействия активных рабочих органов со скоростью, в кратное число раз превышающей скорость резания.
Технологии рабочего процесса вспашки, основанной на разделении операций на две группы, каждая из которых выполняется различными рабочими органами с разными скоростями воздействия, наиболее удовлетворяют плуги с комбинированными рабочими органами, представляющими собой лемешно-отвальный корпус с укороченным отвалом, и вращающийся ротор, приводимый во вращение через ВОМ трактора или гидромотором («Комбинус» фирмы Раусендорф, ФРГ; ПФ-235 и ПФ-335 - Польша; ПВ0-2-30, ПВН-3-35 и ПОД-5-35 - СССР).
Однако известные плуги, наряду с преимуществами по сравнению с обычны-
ми плугами, имеют ряд существенных недостатков - не оборачивают пласт и оставляют растительные остатки, в основном, в верхнем слое, слабо перемешивают почвенные слои; тарельчатые диски в плуге ПВ0-2-30 вместо укороченной части лемеха не подрезают пласт на всей ширине и образуют огрехи. Основные причины этих недостатков заключаются в несоответствии формы укороченной отвальной поверхности, обеспечивающей отрыв пласта от дна борозды и подачу его на роторный рыхлитель в полном объеме, и в том, что конструкция роторного рыхлителя спроектирована в функции только крошения почвенных глыб (пласта) и не придана дополнительная функция оборота пласта.
Пласт, отделенный лезвием лемеха от массива, перемещается и вступает на лемех под углом к лезвию щ близком по своему значению угла установки лемеха к стенке борозды в0 и движется прямолинейно по поверхности лемеха и нижней части груди отвала (рис. 1) [7].
Линия офе.зо отСю/ю
- -7
Рис. 1. Траектории перемещения пласта в зависимости от физико-механических свойств
почвы
В дальнейшем, вследствие действия сил веса, трения и инерции, траектория переходит из прямолинейной (ММ1) в криволинейную (ММ2). Этому, как отмечает Л.В. Тячев, способствует то, что, вступая на лемешно-отвальную поверхность, пласт принимает форму поверхности отвала. Характер криволинейной траектории зависит еще от типа и состояния почвы.
Пласт почвы, находящейся в состоянии физической спелости, перемещается по кривой I. Если почва насыщена корнями растений и имеет высокую влажность, то пласт движется в виде ленты (кривая II). На уплотненной и сухой почве пласт при вступлении на лемех скалывается глыбами, которые свободно падают в борозду (кривая III).
Переход прямолинейной траектории в криволинейную (кривая III) наступает значительно раньше, чем это имеет место в других условиях работы (I, II). Это являет-
ся отрицательным фактором, ограничивающим высоту подъема пласта. Необходимая длина прямолинейного восходящего участка МK траектории определяется из условия максимального подъема пласта над дном борозды и одновременно поворота на угол 80...90° .
Чтобы обеспечить воздействие роторного рыхлителя на всю толщину пласта, находящегося полностью в воздухе, то есть в момент, когда пласт оторван от дна борозды и находится на высоте, равной 1 1 '3."2
этом случае наиболее рациональным расположением точки K, где заканчивается прямолинейный участок траектории движения пласта, будет в горизонтальной плоскости, проходящей через центр тяже; 1 /1 1ч сти пласта и равна п1 = — в + (—...—)д, где в
- ширина пласта (рис. 2).
Ип=( — ... — )а, где а - глубина вспашки. В
Переход от пласта прямоугольного сечения к фактическому, т.е. разрыхленному, получим, что нижняя часть его скользит по рабочей поверхности отвала, а верхняя часть одновременно с перемещением вверх оборачивается. Срединное расположение К совпадает с линией прогиба пласта и, следовательно, через данную точку должна проходить образующая с минимальным углом (0тт) к стенке борозды.
Исходя из симметричности располо-
с с
Технологической особенностью процесса роторного рыхлителя, установленного за лемешно-отвальным корпусом плуга, является то, что он не только способен разрушить почвенный пласт, поступающий с укороченного отвала, но отбросить и обернуть его таким образом, чтобы верхняя задерне-лая часть была перемещена на дно борозды, т.е. одновременно осуществлять активный оборот пласта. Для реализации данного технологического процесса обработки почвы
жения пласта по обе стороны относительно точки К в момент его схода с укороченной поверхности отвала, принимаем закон изменения угла наклона образующей к стенке борозды в по дуге окружности в пределах отвала от в0 до втт и от втт до втах (рис.3). Образующая с втт располагается на высоте 34 см при общей высоте лемешно-отвальной поверхности 55 см. В результате рабочая поверхность корпуса плуга имеет форму усеченного конуса.
разработана конструкция роторного рыхлителя (рис. 4), представляющего собой вертикальную ось 3 с установленными на ней двумя дисками 1 и 2 разного диаметра, образующими основание верхнего усеченного конуса. К дискам прикреплены стойки 4 с Т-образными пазами, обеспечивающими бесступенчатую регулировку расстояния между лопатками 5. Стойки установлены к оси вращения и к образующей конуса в направления вращения под углами 15°.
Рис. 3. Параметры лемешно-отвальной поверхности
Рис. 4. Роторный рыхлитель и лопатка
Лопатки выполнены в виде изогнутых пластин по кривой брахистохрона с переменным углом рыхления от 10 до 45°. Кроме того, для обеспечения оборота пласта лопатки закреплены на наклонных стойках с возможностью изменения угла наклона к плоскости вращения в пределах до 40°. Угол наклона каждого яруса лопаток увеличивается от нижнего к верхнему. При трехъярусном размещении лопаток угол наклона их к горизонту составляет, например, при обработке сухих светло-каштановых почв соответственно 58,71 и 80°.
В нижней части роторного рыхлителя расположен обратный конус, предназначенный для удержания нижних слоев почвенного пласта на заданной глубине. В результате пласт полностью подвергается свободному удару лопатками роторного рыхлителя [3, 4].
Комбинированный рабочий орган
применен в плуге-рыхлителе ПРН-40, который прошел испытания в различных регионах страны: на Северо-Кавказской, Поволжской и Центрально-Черноземной машиноиспытательных станциях, получены высокие показатели, и принят в серийное производство.
Сравнительные испытания плуга-рыхлителя ПРН-40, плугов плантажного ППН-40 и ПН-4-35 были проведены на средне- и тяжелосуглинистых почвах, влажность которых находилась в пределах 6,3.9,6 %, твердость 3,56.4,07 МПа и плотность 1,4.1,45 г/см3. Участки были сильно засорены, количество сорняков на 1 м - 250.300 шт., их высота - 15.30 см.
Поступательная скорость движения агрегатов 1,5.1,8 м/с, частота вращения ротора 280-300 м-1, окружная скорость по концам лопаток 8,5.9 м/с. Глубина обработки почвы плугами ПРН-40 (23.24 см без почвоуглубителя), ППН-40 (42 см) и
ПН-4-3Т (22,3 см). Крошение пласта составило соответственно 63,7; 37,1 и 33,5 %, т.е. при применении ПРН-40 крошение больше почти в 2 раза. Но еще больше преимущество ПРН-40 по сравнению с
При пахоте плугами ППН-40 и ПН-4-35 образуется 46,4 и 54,7 % глыб размером в поперечнике более 40 см, и степень крошения составляет 37,0 и 33,5 %, в то время как при обработке плугом-рыхлителем ПРН-40 - 70 % и основная масса пахотного слоя (88,4 %) состоит из комков размером до 15 см. Комки размером 15-25 см встречаются в отдельных случаях.
Комбинированный корпус плуга ПРН-40 производит активный оборот пласта (рис. 5) как на равнине, так и при вспашке поперек склонов крутизной до 1215° с оборотом пласта в оба направления (вниз и вверх по склону), оставляет поверхность пашни слитной и без гребней, заделывает растительные остатки на глубину до 13 см и ниже. Тот факт, что основная масса пласта, состоящая из фракции, комочки которой не превышают 5 см, находятся в нижней части пахотного слоя,
обычными плугами следует, если сравнивать с размерами глыб, комков и их количество (табл.), оставляемых после обработки.
Таблица
а на поверхности фракции более крупных размеров свидетельствует о высокой оборачивающей способности роторного рыхлителя. Твердость почвы пахотного слоя сократилась и составила всего лишь 0,36.. .0,57 МПа.
При столь малой твердости почвы и сепарации фракций пласта с выносом крупных отдельностей на поверхность создается своего рода «губчатый» слой, хорошо впитывающей в себя атмосферные осадки. Этим можно объяснить, что после осенней вспашки плугами ПРН-40 и ППН-50 накопление влаги за осенне-зимний период составило соответственно 94 и 46.52 мм. Во время летнего парования было усвоено дополнительно влаги в варианте ППН-40 до 50 мм, а в варианте ПРН-40 - немногим более 100 мм. Замеры осенью показали, что запасы влаги составили соответственно 90 и 208 мм.
Состав почвенного пласта
Марка Размеры глыб и их количество Общая
плуга до 5 см 5-10 см 10-15 см 15-25 см 25-40 см более 40 масса
см пробы,
кг % кг % кг % кг % кг % кг % кг
ПРН- 41,5 70,0 6,1 10,3 4,8 8,1 6,9 11,6 - - - - 59,3
40
Ш1Н- 47,9 37,0 8,7 6,8 7,2 5,6 5,4 4,2 - - 60 46,4 129,2
40
ПН-4- 28,4 33,5 5,6 6,4 2,3 2,7 2,3 2,7 - - 46,5 54,7 85,0
35А
ф I
■Л**
"Ч
я * л
/ IV" ' *
г г Ь
л
■
Рис. 5. Активный оборот почвенного пласта комбинированным корпусом плуга ПРН-40
Последующие, весной следующего года, посадки полезащитных лесных полос из однолетних сеянцев вяза мелколистного показали лучшие результаты по приживаемости (90.98 % против 50.70 %) и развитию растений.
Таким образом, созданный комбинированный рабочий орган и на его базе плуг-рыхлитель ПРН-40 решают проблему обработки сухих твердых почв как по степени крошения, так и по обороту пласта, заделывая растительные остатки в соответствии с агротребованиями. Применение плугов с комбинированными рабочими органами практически исключает необходимость в дополнительной обработке почвы, связанной с дроблением почвенных глыб и выравниванием поверхности пашни. Подобные плуги могут найти широкое распространение в зоне рискованного земле-
делия и районах рисосеяния.
Библиографический список
1. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. М., «Недра», 1973. с. 43-109.
2. Барон Л.И., Хмельковский И.К. Разрушаемость горных пород свободным ударом. М., «Наука», 1971. 203 с.
3. А.с. 400252 М. Кл. А01в 49/02 Плуг / Бартенев И.М., Матвеев И.П. (СССР), Опубл. 9.11.1974. Бюл. № 40.
4. А.с. № 328836 М. Кл. А01в 17/00 Плуг / Бартенев И.М., Матвеев И.П., Ягод-кин В.О. (СССР), Опубл. 04.04.1972. Бюл. № 7.
5. Бахтин П.У. Сопротивление сдвигу, коэффициент трения и сцепления темно-каштановых почв и южного чернозема
// Почвоведение, 1963. № 11. С. 71-77.
6. Гудков А.Н. Теоретические положения, определяющие пути современного развития рабочих процессов машин сельскохозяйственного производства // Земледельческая механика. Сб. трудов. М., «Машиностроение», 1971. - Т. XIII. - С. 93-101.
7. Гячев Л.В. Теория лемешно-отвальной поверхности. Зерноград, 1961. 319 с.
8. Джон С., Рейнхардт. Действие волн напряжений в горных породах // Сборник докладов на научной VI конференции. М., 1962, С. 142-150.
9. Дубровский А.А. Основные принципы применения вибрации для повышения эффективности почвообрабатывающих орудий. Л., 1965, с. 42-43.
10. Егоров Г.Г. Теория дробления и тонкого измельчения. М. - Л., 1938, 71 с.
11. Желиговский В.А. Основы теории технологического процесса вспашки // Доклады ВАСЗНИЛ, 1947, вып. 11.
12. Заславский М.Н. Эрозия почв. М., «Мысль», 1979, 245 с.
13. Кирпичев В.Л. Журнал русского химического и физического общества. Часть физическая. М., 1874, т.в. вып. 9., с. 152.
УДК 630*24.002.5
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗГОНА И УДАРА ЦЕПИ РОТОРА О СТВОЛ ТОНКОМЕРНОЙ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры механизации лесного хозяйства
и проектирования машин Л. Д. Бухтояров студент Д. С. Сергиенко ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
vglta-mlx@yandex.ru
При выращивании лесных культур необходимо проводить их осветление, то есть срезание поросли второстепенных пород. Для срезания применяются машины с роторными рабочими органами [1]. Во время проведения полевых экспериментов было установлено, что после срезания ствола в виду его большой длины происходит наклон и попадание уже срезанных стволов в рабочую зону ротора, после чего происходит их отбрасывание в сторону. Энергоёмкость столкновения и отбрасывания поросли предположительно меньше,
чем затраты на её срезание, но исследований в данном направлении не проводилось [2].
Нами разработана имитационная модель ротора кустореза, которая позволяет определить кинематические и динамические характеристики процесса отбрасывания срезанной поросли. В модели были учтены инерционные силы, силы тяжести и характеристика разгона, контакт между звеньями цепи и стволами. Общая постановка задачи выглядит следующим образом:
