К обоснованию угла атаки плоского диска рабочего органа гребневой сеялки Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.331.5

К ОБОСНОВАНИЮ УГЛА АТАКИ ПЛОСКОГО ДИСКА РАБОЧЕГО ОРГАНА ГРЕБНЕВОЙ СЕЯЛКИ

Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»

Зыкин Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»

ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»

432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1 Тел.: 8-905-348-65-14; е-тоИ: eva-zvkin@уапдех.ги

Работа выполняется в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-3642.2011.8.

Ключевые слова; гребень почвы, пропашные культуры, сошник, посев, каток, комбинированные агрегаты, сеялка

Предложена гребневая сеялка, позволяющая за одну технологическую операцию выполнить предпосевную культивацию, посев, образование гребней почвы над высеянными семенами и их прикатывание. Обоснован угол атаки плоского диска для образования гребня почвы требуемых размеров.

Одним из приемов минимизации обработки почвы является предлагаемый нами гребневой способ [1, 2], включающий выполнение одновременно операций предпосевной подготовки, посева с образованием гребней и прикатывания одним агрегатом. Главный эффект от применения такого способа заключается в значительном сокращении эксплуатационных затрат и гарантированном повышении урожайности возделываемой культуры в сравнении с существующими технологиями. Уменьшение количества проходов агрегатов по полю снижает отрицательное воздействие движителей тракторов и сельскохозяйственных машин на почву и образование эрозионно-опасных пылевидных частиц.

Предлагаемый способ посева осуществляют с помощью гребневой сеялки [3-6] (рис. 1).

На каждой посевной секции гребневой

сеялки установлены лапа-сошник, два рабочих органа с плоскими дисками и каток-гребнеобразователь. Рабочие органы устанавливают таким образом, чтобы плоские диски под острым углом были направлены в сторону продольной оси симметрии грядиля. Образование гребней почвы над высеянными семенами осуществляют рабочими органами с плоскими дисками [7-11] (рис. 2).

Рис. 1 - Гребневая сеялка: 1 - рама сеялки; 2 - вентилятор; 3 - приводной вал; 4 - семенной ящик с высевающими аппаратами; 5 - воздухопроводы; 6 - посевная секция

а б

Рис. 2 - Рабочий орган с плоским диском: а - общий вид; б - вид сверху; 1 - стрельчатая лапа; 2 - стойка; 3 - кронштейн; 4 - фиксатор; 5 - регулировочный диск; 6 - отверстия; 7, 8 - болт; 9 - плоский диск

При движении гребневой сеялки лапа-сошник высевает семена на глубину 1,5...2 см, а следом идущие рабочие органы с плоскими дисками одновременно присыпают

семена рыхлым и прогретым слоем почвы, сдвигаемым из междурядий, в результате чего над высеянными семенами образуется почвенный бугорок трапециевидной формы.

Бугорок почвы образуется за счет переноса объема почвы V1, м3, каждым плоским диском (рис. 3а) из междурядья в сторону продольной оси симметрии лапы-сошника, т.е. к высеянным семенам. После переноса почвы на вершину бугорка происходит ее частичное осыпание под углом естественного откоса гребня почвы у, град., который, в зависимости от физико-механических свойств почвы колеблется от 26° до 40° [12] (угол GCK фигуры GCKK/G/C1). Геометрические размеры бугорка почвы зависят от угла атаки а, град., плоских дисков, а также глубины Ь, м, их хода в почве.

Таким образом, после образования бугорка почвы необходимо, чтобы объем почвы V.,,, м3, который следует перенести на его вершину, был равен объему почвы в формируемом гребне V,, м3,

V = V.

1 2

В

(і)

Аі 1 у'" Мі

К? |\

%- -'4-

А \ \ \ \ \ \\ а, К

\ ч ^".5 V"' 1 г ■ ФО'*

б

Рис. 3 - Схемы образования гребня почвы (а) и определения их параметров (б)

2 = S 1QJ1 / 4

(2)

где Б - площадь поперечного сечения бороздки, образуемой после прохода рабочего органа гребневой сеялки с плоским диском, м2;

I = GI/- путь, пройденный плоским диском в единицу времени, м.

Из рис. 3а следует, что расстояние I, м, равно хорде Ш, м, плоского диска.

Расстояние I, м, определим по формуле:

I = Ш • зта. (3)

Хорда плоского диска

a

UZ = 2 г sin — ,

пд 2

(4)

где гпд - радиус плоского диска, м. Подставляя выражение (4) в (3) полу-

чим

a

I = 2 г sin— ■ sin a .

пд 2

Площадь S| Q G, м2, равна

S,QG = SUWZ ■ Sin^

(5)

(6)

где SUWZ - площадь контакта плоского

диска с почвой, м2.

Площадь контакта плоского диска с

2

почвой, м2,

S = S - S

UWZ OUWZ OUZ'

(7)

где SOUWZ - площадь сектора плоского

диска, м2;

SOUZ - площадь треугольника Д OUZ, м2. Площадь, м2, сектора плоского диска

равна

SOUWZ = 0,5 гп

в

360е

(8)

Из рис. 3а видно, что треугольник Д OUZ - равнобедренный, следовательно

S = 2 S = 2 ■ 0,5 UT ■ TO = UT ■ TO.(9)

OUZ OUT ' "-'•X-'l

a a

UT = 0,5 UZ = 0,5 x 2 r sin— = r sin— (10)

’ ' пд 2 пд 2

ТО = OW- TW = r - h. (11)

пд

Подставляя (10) и (11) в (9), получим

a

SOUZ = r sin 2 (r - h). (12)

OUZ пд пд

Подставляя (8) и (12) в (7), определим

площадь контакта плоского диска с почвой:

в a

SUWZ = 0,5 r 2--------- r sin — (r - h). (13)

UWZ ’ пд 360° пд 2 пд 1 ' '

Подставляя (13) в (6), определим площадь поперечного сечения бороздки (рис. 3б):

Q ^

S = [0,5 г 2 ° - г sin 2 (г - h)] sina,

IQS пд 360° пд 2 пд

(14)

Подставив выражения (5) и (14) в (2) и выполнив соответствующие преобразования, получим

в а

V1 = {[0,5 гпд2 360° - гпд sin 2 (гпд - h)] ^ ■

2 г sin — ■ sin a } / 4,

пд 2

или

в a

V. = 0,5{[0,5 г 2--------------- г sin 2 (г -

1 " " пд ^ s' ло пд 2 ‘ пд

a

360о

h)] гпд sin2^ ■ sin 2 }■

2 (15)

Образованный объем почвы, м3,

V = V / // = S ■ LL/, (16)

2 A N L G GA1 N L A N L G ’ v '

где SA N L G - площадь поперечного сечения образованного объема почвы одним плоским диском, м2, (рис. 3б);

LL/ = 1I/, м.

Из рисунка 4 следует, что 1I/ = I. С учетом выражения (5)

а

LL/ = 1I/ = I ■ cosQ' = 2 г sin 2 ■ sin^

пд

cosa. (17)

Площадь SANLG представим в виде двух площадей - треугольника и прямоугольника:

S = S + S .

A N L G A S G A N L S

Площадь треугольника, м2,

AS ■ GS

S

2

(18)

(19)

где АБ = Н - Ь, м;

Н - высота гребня почвы, м.

GБ = АБ tgy = (Н - Ь) tgy. (20)

Подставив (20) в (19) и выполнив соответствующие преобразования, получим:

S

(H - И)2 tgy 2

(21)

Площадь прямоугольника, м2,

SA N L S = AN ■ NL>

(22)

2

—

SA N L S = - (H - h) ,

(23)

где В - ширина верхнего основания гребня почвы, м.

Подставив (21) и (23) в (18), получим:

S,

= (H - hf tgy + -(H - h) .(24)

2 2

Подставив (24) и (17) в (16) и выполнив соответствующие преобразования, определим объем почвы, м3, получаемый после ее переноса на вершину гребня:

^2 = 2

(H - h)2 tgY , B

+ -(H -h)

a

r sinT

пд 2

sinOC x cosa . (25)

Чтобы определить необходимый угол атаки а, град., плоского диска, необходимо приравнять выражение (15) к (25): в

0,5{[0,5 r

a

a

А° - r sin — (r - h)] r

пд 360 пд 2 пд пд

sin20, ■ sin— } =

2

= 2

(H - h)2 tgY + B (H - h)

2 2

a

r sin —

пд 2

sin0, cosa

(26)

Выполнив преобразования уравнения (26), определим угол атаки плоского диска а = 2 arcsin

в

360°

(H - h)2 tgY B

+ у( H - h)

(<¡5 -к) .(27)

Таким образом, угол атаки плоского диска а зависит от радиуса плоского диска гпд, глубины его хода в почве Ь, угла естественного откоса почвы у, а также требуемых размеров гребня почвы В и Н.

Библиографический список

1. Патент РФ № 2265305. Способ посева пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.12.2005 г. Бюл. № 34.

2. Патент РФ № 2443094. Способ возделывания пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 27.02.2012 г. Бюл. № 6.

3. Патент РФ № 2435353. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.

10.12.2011 г. Бюл. № 34.

4. Патент РФ № 110218. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.

20.11.2011 г. Бюл. № 32.

5. Патент РФ № 110898. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.

10.12.2011 г. Бюл. № 34.

6. Патент РФ № 101610. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.

27.01.2011 г. Бюл. № 3.

7. Патент RU 113110. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.02.2012 г. Бюл. № 4.

8. Патент RU 113910. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.03.2012 г. Бюл. № 7.

9. Патент RU 113908. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.03.2012 г. Бюл. № 7.

10. Патент RU 116001. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 20.05.2012 г. Бюл. № 14.

11. Патент RU 116305. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 27.05.2012 г. Бюл. № 15.

12. Гребневая технология и комплекс машин для возделывания кукурузы на силос / Н.С. Кабаков, В.М. Балашов, В.И. Тара-тоненко и др. - М.: ВИМ, 1990. - 28 с.