CC BY
718
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.316.22:631.313.6:631.314.1
Н. М. Ожегов, В. А. Ружьев, Е. А. Криштанов, И. С. Дзибук Ozhegov N. M., Ruzhyev V. A., Krishtanov E. A., Dzibuk I. S.
КОНКУРЕНТОСПОСОБНАЯ МОДЕЛЬ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА
COMPETITIVE MODEL OF COMBINED TILLAGE UNIT
На основании проведенного глубокого исследования конструкций комбинированных почвообрабатывающих агрегатов и комбинаций, наполняющих их рабочих органов представлена конкурентоспособная модель агрегата, позволяющего производить подготовку почвы под посев в сжатые агротехнические сроки за один проход, имея набор рабочих органов для дифференцированной по глубине обработки почвы: чизельные рыхлительные лапы, две секции дисковых борон на индивидуальных стойках и секцию кольчатых катков. Более того, дисковые рабочие органы усовершенствованы путем нанесения на них твердых сплавов запатентованным способом, что позволяет значительно уменьшить неравномерность изнашивания их почворежу-щих поверхностей.
Ключевые слова: предпосевная обработка почвы, комбинированный почвообрабатывающий агрегат, рабочие органы.
The article presents a competitive model on the basis of an in-depth study of the designs of combined soil cultivating aggregates and combinations filling their working bodies, this competitive model of the aggregate makes it possible to prepare the soil for sowing in compressed agrotechnical terms in one pass, having a set for differentiated depth of tillage: chisel cultivator teeth, two sections of disc harrows on individual racks and a section of annular rollers.
Moreover, the disc working bodies are improved by applying hard alloys on them, in a patented way, which significantly reduces the uneven wear of their earth cutter surfaces.
Key words: pre-sowing soil cultivation, combined soil-cultivating unit, working bodies.
Ожегов Николай Михайлович -
доктор технических наук, профессор кафедры автомобилей, тракторов и технического сервиса ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» г. Санкт-Петербург, г. Пушкин Тел.: 8-921-558-38-77 E-mail: tkm-wear@mail.ru
Ружьев Вячеслав Анатольевич -
кандидат технических наук, доцент, декан факультета технических систем, сервиса и энергетики, доцент кафедры технических систем в агробизнесе ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» г. Санкт-Петербург, г. Пушкин Тел.: 8-911-260-96-02 E-mail: ruzhev_va@mail.ru
Криштанов Егор Александрович -
кандидат технических наук, доцент кафедры
прикладной механики, физики и инженерной графики
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный
аграрный университет»
г. Санкт-Петербург, г. Пушкин
Тел.: 8-921-750-98-37
E-mail: dekanazam@mail.ru
Дзибук Иван Станиславович -
аспирант кафедры технических систем в агробизнесе
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный
аграрный университет»
г. Санкт-Петербург, г. Пушкин
Тел.: 8-981-830-22-08
E-mail: 20baron10@list.ru
Ozhegov Nikolay Mikhailovich -
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles, Tractors and Technical Service»
FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» Saint-Petersburg, Pushkin Tel.: 8-921-558-38-77 E-mail: tkm-wear@mail.ru
Ruzhyev Vyacheslav Anatolievich -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor, Dean of the Faculty of Technical Systems, Service and Energy, Associate Professor of the Department of Technical Systems in Agribusiness
FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» Saint-Petersburg, Pushkin Tel.: 8-911-260-96-02 E-mail: ruzhev_va@mail.ru
Krishtanov Egor Alexandrovich -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Applied Mechanics, Physics and Engineering Graphics
FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» Saint-Petersburg, Pushkin Tel.: 8-921-750-98-37 E-mail: dekanazam@mail.ru
Dzibuk Ivan Stanislavovich -
Post-graduate student of the Department
of Technical Systems in Agribusiness
FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University»
Saint-Petersburg, Pushkin
Tel.: 8-981-830-22-08
E-mail: 20baron10@list.ru
РЧ ля реализации высокоинтенсивных я I машинных технологий производства мм сельскохозяйственных культур важ-Яой ^является качественная обработка почвы. В связи с этим предложенные в ходе исследований совершенствования техно-
логии по улучшению качества обработки почвы имеют практическое применение.
Нами учтено, что на современном этапе приоритетное значение придается системам дифференцированной обработки почвы, которая предусматривает сочетание в многопольных
в
:№ 1(29), 2018
Агроинженерия
19
севооборотах безотвальных, глубоких и поверхностных, а также нулевых обработок.
Одним из важнейших показателей современных комбинированных почвообрабатывающих агрегатов, да и всех сельскохозяйственных машин, является выполнение в рекомендуемые регионально-оптимальные агротехнические сроки работ, обеспечивая их высокую производительность, высокую точность, и с минимальными затратами материально-технических средств.
Использование комбинированных почвообрабатывающих агрегатов позволяет максимально загрузить энергонасыщенные тракторы, особенно на таких участках, где затруднительно использование широкозахватных машин [1].
Для повышения эффективности предпосевной обработки почвы путем использования разработанной рациональной схемы комбинированного почвообрабатывающего агрегата, расстановки рабочих органов на раме машины, конструкционных параметров и оптимальных режимов работы его рабочих органов предлагается его конструктивная схема - рисунок 1.
Составленный комбинированный почвообрабатывающий агрегат полностью соответствует заданному технологическому процессу с принятыми во внимание эксплуатационными свойствами как рабочих органов, так и тракторов.
Первая условная секция рабочих органов разработанного комбинированного почвообрабатывающего агрегата (рис. 1) предназначена для рыхления почвы по старопахотным и целинным, безотвальным и отвальным фонам с углублением пахотного горизонта на глубину до 45 см (глубокого рыхления).
Рабочими органами в этой секции выступают чизельные рыхлители 7 с долотом, ширина ко-
торого составляет 60 мм. Долото к стойке рыхлителя прикреплено с помощью оси со шплинтом.
Шаг расстановки рыхлителей зависит от глубины обработки. Простое крепление хомутами к раме агрегата (рис. 2) позволяет без труда регулировать схему (количество и шаг) расстановки рыхлителей по раме. Глубину хода рыхлителей регулируют, изменяя положение опорных колес по высоте (поз. 2 и 3 на рис. 1).
Дисковые рабочие органы с индивидуальной стойкой крепления рабочих органов (рис. 3), составляющие вторую условную секцию, могут работать в широких пределах изменения влажности, твердости почвы, её засоренности. Они за один проход качественно измельчают их и перемешивают с обрабатываемым слоем почвы, рыхлят пласт на глубину 8-14 см.
Индивидуальные стойки, установленные вертикально и закрепленные жестко с возможностью поворота при групповой регулировке угла атаки дисков (рис. 3), имеют эластичные демпферы предохранительного механизма.
Угол атаки передней батареи дисков составляет 17°, задней - 14°. Это способствует плавному переходу смеси почвы и пожнивных остатков от передней батареи дисков к задней и обеспечивает перемешивание почвы и растительной массы [2].
На агрегате каждый вырезной диск диаметром 550 мм индивидуально крепится на раме посредством эластичных резиновых демпферов. Каждый вырезной диск индивидуально копирует рельеф почвы лучше, чем на машинах с жёстким креплением дисков, также он хорошо «спасает» от перегрузок и камней. Индивидуальная подвеска дисков также обеспечивает оптимальное прохождение большого количества органической массы между ними.
Рисунок 1 - Модель комбинированного почвообрабатывающего агрегата с оптимизированными
конструкционными параметрами рабочих органов:
1 - механизм крепления к трактору (навеска условно не показана); 2 - механизм регулирования глубины хода рабочих органов; 3 - колеса опорные; 4 - индивидуальные предохранительные механизмы дисков; 5 - двухследовая дисковая батарея на индивидуальных стойках; 6 - прикатывающий каток
20
я Р Ставрододья
научно-практическии журнал
Демпферы из резины (рис. 3) не требуют техобслуживания и отличаются большим запасом хода, что предотвращает соударения с рамой.
Дисковые рабочие органы с индивидуальной стойкой крепления рабочих органов совершают колебания с низкой частотой в трех плоскостях, в результате чего самостоятельно очищаются от остатков растительности и влажных комков почвы. Система подвески режущего узла позволяет работать комбинированному почвообрабатывающему агрегату на почвах с включением камней и повышенной влажностью, при этом диск обходит препятствия.
Более того, для снижения процесса изнашивания дисковых рабочих органов, независимо от механического состава и связности
почвы, нами предлагается оптимизировать их конструкцию путем нанесения износостойких покрытий на режущую кромку. Предложение базируется на исследованиях [3, 4], которые подтверждают снижение затрат на технологическую оснастку и температурное влияние на материал, из которого изготовлен вырезной диск, при обеспечении износостойкости почворежущей поверхности за счет рыхления контактного слоя почвы в процессе перемещения по поверхности рабочего органа. Такой конструктивный подход, с нанесением твердых сплавов (рис. 4), исключающий дальнейшую обработку металла, меняет геометрические параметры поверхности трения сферического вырезного диска.
Рисунок 2 - Механизм крепления рыхлителей Рисунок 3 - Дисковый рабочий орган
к раме агрегата с индивидуальной стойкой и резиновыми
демпферами
Рисунок 4 - Фрагмент рабочей поверхности сферического вырезного диска, на которую нанесен слой наплавки твердым сплавом в виде отдельных точек и отдельных отрезков - патент № 172891 [5] (пояснения в тексте)
в
:№ 1(29), 2018
Агроинженерия
21
Слой наплавки твердым сплавом толщиной 2-4 мм на выпуклой стороне рабочей поверхности диска 1 выполнен в виде отдельных точек 3, расположенных на расстоянии t друг от друга по длине режущей кромки 2 и в виде отдельных отрезков 4 длиной l не более 3-кратной ширины Ь отрезка 4, расположенных на расстоянии Б от режущей кромки 2 не менее двух диаметров 6 наплавленных точек 3 с пересечением образующих О-О'сферической поверхности диска 1 и режущей кромки 2 на половине расстояния t между соседними точками 3 твердого сплава.
Отрезки 3 твердого сплава расположены вдоль образующих О-О' сферической поверхности диска 1.
В результате рыхления контактного слоя почвы между соседними точками 3 и отрезками 4 с толщиной слоя наплавки 2-4 мм менее связные частицы приповерхностного контактного слоя почвы совершают смешанное относительное перемещение, включая скольжение, качение, вращение и перекатывание абразивных частиц, что уменьшает механическое воздействие почвы на выпуклую сторону рабочей поверхности и снижает скорость изнашивания сферического диска 1.
При этом основным фактором технологического воздействия, который способствует снижению плотности разрыхляемого слоя почвы в зоне контакта, является образование прямого краткосрочного (0,1-0,3 секунды) удара. Он возникает при взаимодействии почворежущей поверхности сферического диска с нанесенными точками из твердого сплава и поверхности почвы на заданной глубине обработки в процессе перемещения.
Это принципиально новые возможности разработки более совершенных технологий упрочнения рабочих поверхностей деталей почвообрабатывающих машин, которые основаны на снижении контактного взаимодействия почвы в зоне наибольшей интенсивности трения, это позволит снизить неравномерность изнашивания рабочих поверхностей деталей за счет снижения изнашивающей способности почвы.
При работе агрегата со скоростью от 12 до 15 км/ч в зоне технологической работы сферических дисков происходит высокоинтенсивное разрыхление отрезанного пласта по-
чвы и его перемешивание с измельченными растительными остатками. В результате этого в пространстве между сферическими дисками получается эффект воздушного переноса пласта земли и на поверхности почвы образуется мульчирующий слой по всей глубине обработки с необходимым по агротехническим требованиям размером почвенных комков (2025 мм).
Кольчатый каток - третья условная секция агрегата - состоит из корпуса, рамы с чистиками и соответствующего крепления чистиков. Такой каток можно применять как на тяжелых и комковатых почвах, на которых кольца и чистики обеспечивают интенсивное измельчение и плавный ход; а также на легких почвах, которые могут скопиться перед закрытым катком и заблокировать его.
Кольчатый каток имеет полосовое обратное уплотнение на почву с воздействием на глубину. Открытая конструкция обеспечивает прохождение почвы и улучшенный эффект выравнивания.
Разработанный комбинированный почвообрабатывающий агрегат обеспечивает надлежащую обработку почвы различными рабочими органами: глубокое рыхление с вовлечением в почвенный круговорот нижних слоев почвы, хорошее дискование с заделкой растительных остатков, дозированное уплотнение посевного ложа.
Благодаря использованию разработанного комбинированного почвообрабатывающего агрегата снижаются воздействия на почву, связанные с ее уплотнением, а также разрушением структуры.
Вследствие создания наилучших водно-физических условий [6] повышается биологическая активность почвы, что повышает процент всхожести семян и лучший рост растений в начале вегетации.
Анализ исследований [7, 8], проведенных в различных почвенно-климатических зонах, показывает эффективность предлагаемой схемы предпосевной обработки почвы.
Технико-экономические расчеты показывали эффективность проектируемой технологии при использовании разработанного комбинированного почвообрабатывающего агрегата в сравнении с базовой технологией при использовании однооперационных агрегатов.
Литература
1. Лебедев А. Т. Ресурсосберегающие направления повышения надежности и эффективности технологических процессов в АПК : монография. Ставрополь : Ставропольский ГАУ, 2012. 376 с.
2. Ружьев В. А., Ружьев А. Н., Варварич Д. В. Пути совершенствования и применения дисковых рабочих органов на почвообрабатывающих машинах // Технологии и средства механизации сельского хозяйства : сб. науч. тр. СПб.-Пушкин, 2010. С. 80-85.
References
1. Lebedev A. T. Resource-saving directions of increasing the reliability and efficiency of technological processes in the agroindustrial complex : monograph. Stavropol : Stavropol SAU, 2012. 376 p.
2. Ruzhyev V. A., Ruzhyev A. N., Varvarich D. V. Ways of improvement and application of disc working tools in soil-cultivating machines // Technologies and Means of Agricultural Mechanization : collection of articles. SPb.-Pushkin : SPbSAU, 2010. P. 80-85.
22
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
3. Ожегов Н. М., Ружьев В. А. Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин // Сельский механизатор. 2015. № 5. С. 36-38.
4. Упрочнение почворежущих поверхностей деталей машин твердыми сплавами / Н. М. Ожегов, В. А. Ружьев, Д. А. Капошко, С. В. Шмагин // Известия Международной академии аграрного образования. 2017. № 35. С. 88-92.
5. Пат. 172891 Российская Федерация, А01В 15/16, А01В 23/06, В23К 9/04, С23С. Почвообрабатывающий сферический диск / Ожегов Николай Михайлович, Ружьев Вячеслав Анатольевич, Кузьмин Олег Сергеевич, Григорьев Николай Павлович ; заявитель и патентообладатель Ожегов Николай Михайлович, Ружьев Вячеслав Анатольевич. № 2016137210 ; заявл. 16.09.16 ; опубл. 28.07.17, Бюл. № 22.
6. Калинин А. Б. Критерии и методы оценки выполнения агротехнических требований к параметрам почвенного состояния в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на основе статистической интерпретации реологической модели почвы и устройств контроля качества ее обработки : дис. ... д-ра техн. наук. СПб., 2000. 362 с.
7. Суслов А. С., Дзибук И. С., Ружьев В. А. Особенности процесса взаимодействия конструкционно измененных дисковых рабочих органов с почвой // Вестник студенческого научного общества. 2017. № 8 (Вып. 2). С. 49-52.
8. Обеспечение долговечности дисковых рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин / Н. М. Ожегов, В. А. Ружьев, О. С. Кузьмин [и др.] // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2017. Спецвыпуск. С. 286-289.
3. Ozhegov N. M., Ruzhyev V. A. Ensuring the durability of the working organs of soil-processing machines // Rural mechanist. 2015. № 5. P. 36-38.
4. Strengthening of the soil-cutting surfaces of machine parts with hard alloys / N. M. Ozhegov, V. A. Ruzhyev, D. A. Kaposh-ko, S. V. Shmagin // Bulletin of International Academy of Agrarian Education. 2017. № 35. P. 88-92.
5. Patent 172891 the Russian Federation, A01B 15/16, A01B 23/06, B23K 9/04, C23C. Soil-processing spherical disc / Ozhegov N. M., Ruzhyev V. A., Kuzmin O. S., Grigoryev N. P. ; applicant and patent owner Ozhegov N. M., Ruzhyev V. A. № 2016137210 ; publ. 27.07.17. № 22.
6. Kalinin A. B. Criteria and methods for assessing the implementation of agrotechnical requirements for soil condition parameters in crop cultivation technologies on the basis of statistical interpretation of the rheological model of the soil and quality control devices for its processing. St. Petersburg, 2000. 362 p.
7. Suslov A. S., Dzhibuk I. S., Ruzhyev V. A. Peculiarities of the Process of Interaction of Constructively Changed Disc Working Parts with Soil // Bulletin of Student's Scientific Society. 2017. № 8 (issue 2). P. 49-52.
8. Ensuring the durability of disc working organs of soil cultivating and sowing machines / N. M. Ozhegov, V. A. Ruzhyev, O. S. Kuzmin [et al.] // Bulletin of St. Petersburg State Agrarian University. 2017. Special issue. P. 286-289.
