CC BY
9НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ В АПК И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 631.42.05.001.4:624.131.53:001.891.5
ИССЛЕДОВАНИЕ МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОБООТБОРНИКА ПОЧВЫ
ФГБОУ ВО Кубанский государственный аграрный университет им.
И.Т. Трубилина
Аннотация. В настоящее время широко применяются ручные пробоотборники почвы, но в ряде случаев без применения средств электромеханизации отбор проб будет затруднен или невозможен. Однако, для разработки пробоотборника почвы необходимо оценить механический момент сопротивления. Для определения механической характеристики пробоотборника используется метод тарированной коллекторной машины переменного тока. В статье приведены результаты исследования характеристик пробоотборников и рекомендовано в качестве электродвигателя для пробоотборника почвы использовать трехфазные асинхронные двигатели для отбора уплотненных почв и однофазные коллекторные двигатели для отбора более рыхлых почв.
Ключевые слова: Пробоотборник почвы, агрохимический анализ, электрический бур, механическая характеристика.
Введение. В практической деятельности сельскохозяйственному предприятию часто требуется провести агрохимическое обследование участка или всех посевных площадей с целью получения рекомендаций по эффективному возделыванию и обработке почвы с минимально оказываемым вредом для экологии. Как правило, отбор почвенных образцов производит мобильная почвенно-экологическая лаборатория, в которой может проводиться также сортировка проб, пробоподготовка, предварительные анализы [6].
Для проведения почвенного мониторинга появляются новые электронные приборы и электрооборудование, а также портативные лаборатории, которые способны существенно сократить сроки проведения почвенного анализа, а в ряде случаев, выдать предварительные результаты в течение нескольких часов.
Баракин Н.С., Заволока А.А., Абдразаков О.С.
Образцы пахотного слоя для детального исследования обычно отбирают на мощность этого слоя до глубины 60 см. Ручные пробоотборники наиболее распространены, т.к. они не требуют дополнительных устройств, имеют небольшую массу и значительно дешевле других пробоотборников. Однако на уплотненных почвах отбор проб ручными пробоотборниками будет затруднен или невозможен. В настоящее время широко используют электрические сверлильные машины для отбора проб грунта на различную глубину. Как правило, мощность электробуров колеблется от 0,6 до 1,8 кВт с напряжением питания 220 В. Применение их обосновано для почвенных лабораторий, в которых имеется серийный автономный или специально разработанный, например, описанный в [1,2] источник питания, который может использоваться как источник питания сварочной дуги [3] и как источник для питания лабораторного и вспомогательного оборудования [4]. Однако для разработки почвенного бура для отбора образцов почвы, определения необходимой мощности питания, необходимо оценить механический момент сопротивления пробоотборника.
Основная часть. Исходя из вышесказанного, для исследования момента сопротивления пробоотборника почвы рассматривался отбор почвы с разной плотностью 1,1-1,35 г/см3, так как она существенно влияет на величину механического момента. Влажность почвы также существенно влияет на величину механического момента, но отбор почвы производят при отсутствии осадков, в сухую погоду, при этом влажность колеблется в диапазоне 40-45 %. Отбор почвы производился с трехкратной повторностью, далее величина момента вычислялась как среднеарифметическое значение для трех опытов.
Образцы пахотного слоя для детального исследования обычно отбирают на мощность этого слоя до глубины 20 см. В специальных исследованиях образцы берут из слоев 0 - 20, 20 - 40 и 40 - 60 см. Для агрохимического обследования обычно отбирают образцы почвы на глубину до 30 см. Для отбора проб почвы с нарушенной структурой используем пробоотборник почвы - бур с насадкой.
Для определения механической характеристики пробоотборника используется метод тарированной коллекторной машины переменного тока, который проводится с определением постоянной С, обусловленной конструктивными особенностями машины и принятым значением магнитного потока.
Постоянную С находят из опыта холостого хода тарируемой машины в режиме двигателя. Для этого пускают машину на холостом ходу при выбранных разных напряжениях на зажимах цепи якоря и записывают напряжение якорной цепи ия , ток холостого хода 1я и угловую скорость якоря двигателя юя. Далее проводим отбор проб при
разной плотности почвы. Рабочую машину соединяем с тарированной машиной и прокручиваем при различных угловых скоростях в пределах от нуля до 0 до юн. Момент трогания вычисляют по формуле:
М0 = С1тр = Рн- 1тр/( 1н- Юн) (1)
Рисунок 1 - Схема испытательной установки. ОЕ -автоматический выключатель; #А1 - микроконтроллерная схема регулирования напряжения; ТА - трансформаторы тока 15/5; РБ -анализатор качества электроэнергии Ресурс-ЦБ2М-3Т52-5-100-1000
Испытания проводятся на электрической машине при установившейся температуре. При проведении опытов измеряются линейные напряжения, линейные токи, частота тока, мощность и частота вращения. Измерение электрических параметров питания производилось анализатором качества электроэнергии Ресурс-ЦБ2М-3Т52-5-100-1000, подключение напряжения - прямое, тока - через трансформаторы тока. Частота вращения вала АГ измерялась оптическим тахометром.
Результаты и расчеты сведены в таблицы 1 и 2, по которым построена механическая характеристика рис. 2 пробоотборника почвы.
Таблица 1 - Результаты опытов и расчета момента холостого хода_
№ п.п Опыт Расчет
юя, -1с ия, В 1я, А 1я В м C МХ1М, Нм
1 130,8 204,1 1,8 4,5 8,5 1,50 2,69
2 94,2 153,075 1,7 4,25 8,25 1,54 2,61
3 62,8 102,05 1,5 3,75 7,75 1,50 2,25
4 31,4 51,025 1,4 3,5 7,5 1,39 1,94
Схема установки приведена на рис. 1. Трехфазное напряжение сети 220 В подается через автоматический выключатель QF на микроконтроллерную схему регулирования напряжения #А1 . После этого регулируемое напряжение подается на якорь коллекторного электродвигателя переменного тока М, который приводит во вращение рабочий орган пробоотборника.
Таблица 2 - Результаты опытов и расчета момента рабочей машины
№ п.п Опыт Расчет
юя, -1с ия, в 1я, А Мэм, Нм МХ1М, Нм Мсрм, Нм
1 130,8 205 2,1 2,96 2,69 0,27
2 94,2 205 4,182 6,19 2,61 3,58
3 62,8 205 6,265 9,27 2,25 7,02
4 31,4 205 7,980 11,81 1,94 9,87
Напряжение и ток записываются с интервалом 160 мс анализатором качества электроэнергии Ресурс-иР2М-3Т52-5-100-1000, трансформатор тока используется номиналом 15/5 А. Скорость вращения двигателя регулируется за счет изменения напряжения на якоре с помощью микроконтроллерной схемы регулирования напряжения #А1. Скорость вращения привода фиксируется оптическим тахометром типа БТ-2234С.
■ч а. С"1
М.Нм
Рисунок 2 - Механическая характеристика пробоотборника почвы
Для удобства отбора образцов почвы предлагается использовать специальный разработанный нами электрический пробоотборник (рисунок 3). Устройство для отбора почвы состоит из приводного двигателя 1, управляемого щитом управления 2 с кнопкой управления 3 и вынесенной на ручки 4 устройства , соединённого через редуктор 5, с магнитострикционным генератором 6, к которому присоединяется
металлический стержень 7 телескопического типа с возможностью установки в три положения благодаря защёлкам 8 и насадка -почвенный бур 9 для определённого типа почвы через патрон 10. Устройство монтируется на треугольной раме 11 с направляющими стержнями 12. Использование магнитострикционного генератора целесообразно, так как начальный момент сопротивления имеет большую величину и уменьшается с увеличением частоты вращения вала электродвигателя. Двигатель может использоваться коллекторный или асинхронный со специальной обмоткой статора [5].
6 5
Ш \_1
Рисунок 3 - Схема устройства пробоотборника почвы
Заключение. Таким образом в качестве электродвигателя для пробоотборника почвы рекомендуется использовать трехфазные асинхронные двигатели для отбора уплотненных почв и однофазные коллекторные двигатели для отбора более рыхлых почв. Для управления коллекторным двигателем почвенного пробоотборника рекомендуется использовать принципиальную схему на базе микроконтроллера с ШИМ регулированием. Для уплотненных почв (р = 1,35 г/см3) расчетный механический момент составляет 9,87 Нм.
Список использованных источников:
1. Богатырев Н.И. Работа асинхронного генератора параллельно с сетью [Текст] / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. - М.: 2012. - С. 162 - 168.
2. Богатырев Н.И. Синтез обмоток статора для асинхронных генераторов и двигателей / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, Н.С. Баракин и др. // Науч. журн. КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2011. - №74(10). - Шифр Информрегистра:
04201000012/0116. - Режим доступа:
http://ej.kubagro.ru/2011/10/pdf/74./p26. asp.
3. Патент 2356709, МПК В23К 9/10 Источник питания сварочной дуги [Текст] / Богатырев Н.И., Баракин Н.С., Вронский О.В. и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ. - № 2007142899/02; Заявл. 19.11.07; Опубл. 27.05.09; Бюл. № 15. - 6 е.: ил.
4. Патент 2332773, МПК Н02К 19/38, H02P 9/38 Автономный бесконтактный синхронный генератор [Текст] / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С. и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ - № 2007120541; Заявл. 01.06.07; Опубл. 27.08.08; Бюл. № 24. - 4 с.: ил.
5. Патент 2475927, МПК H02K 17/14, H02 K 3/28 Двухполюсная статорная обмотка асинхронного генератора [Текст] / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. - № 2010131644/07; Заявл. 27.07.10; Опубл. 20.02.2013; Бюл. № 5. - 7 е.: ил.
6. Терпелец В.И. Структура почвенного покрова агроэкологического мониторинга азово-кубанской низменности / Терпелец В.И., Прочухан Е.Е. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2009. Т.9 С. 229.
Баракин Н.С., доцент кафедры «Электрические машины и электропривод», к.т.н., ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»
Заволока А.А., магистрант, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»
Абдразаков О. С., бакалавр, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»
ESEARCH OF THE RESISTANCE MOMENT OF THE SOIL SAMPLER.
Abstract. At present manual soil samplers are widely used, but in some cases without electromechanical devices soil sampling will be difficult or not possible. However, for designing of the soil sampler it is necessary to evaluate the mechanical moment of resistance. To determine mechanical characteristics of the soil sampler the method of calibrated AC collector machine is used.
Key words. Soil sampler, agrochemical analysis, electric drill, mechanical characteristics.
Nikolai Sergeevich Barakin, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, barakin85@mail.ru Russia, Krasnodar, Kuban State Agrarian University".
