Научная статья на тему 'МЕХАНО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕЩЕНИЯ ПЛЕТИ БАХЧЕВЫХ АКТИВНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОСЕВОВ'

МЕХАНО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕЩЕНИЯ ПЛЕТИ БАХЧЕВЫХ АКТИВНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОСЕВОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
15
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЛЕТИ БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР / ФАЗА «ШАТРИК» / АКТИВНАЯ СКОБА / ВЫЧЕСЫВАНИЕ СОРНЯКОВ / ПЛЕТЕОБРАЗОВАНИЕ БАХЧЕВЫХ / ПОСЕВЫ БАХЧЕВЫХ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Цепляев В. А.

Актуальность. Бахчевые культуры в засушливых зонах Поволжья занимают достаточно большие площади и считаются одной из прибыльных культур. К настоящему времени около 50 % продукции бахчеводства РФ производит Южный федеральный округ. Основная доля площадей под бахчевыми культурами на богаре в ЮФО приходится на Волгоградскую область. Площадь под ними достигает 110 тыс. га. Это связано в первую очередь, с высокой рентабельностью культуры, достигающей (200…250)% а также соответствующими климатическими условиями. Серьезной проблемой при их возделывании остается высокая трудоемкость, достигающая 25тыс. руб/га, а также наличием в технологическом процессе ручных операций. Они связаны с прополкой рядков от сорной растительности, а также с уборкой плодов, особенно арбузов и дынь. Прополка рядков осложняется тем, что ее необходимо выполнить в определенные, достаточно сжатые сроки (не более 10 дней), наличием, наряду с сорняками, культурных растений, а также многогранностью выполнения операции. Поэтому ниже представим материал, связанный с теоретическими исследованиями по изучению работы чизельного инерционно-блочного извлекателя сорняков (ЧИБИС-1А), исключающего или снижающего до минимума повреждение культурных растений. Такая машина способна обрабатывать защитную зону рядка посевов бахчевых, а ее рабочие органы, в виде скоб, снижают воздействие на корневую систему и вегетативную часть растения. Объект. Объект исследования технологический процесс обработки посевов бахчевых культур активным и рабочим органом, исключающим повреждение плети. Материалы и методы. Разработка и математическое описание модели перемещения плети бахчевых культур механическим рабочим органом при обработке посевов от сорняков с использованием формулы Эйлера. Результаты и выводы. Разработана механо-математическая модель перемещения плети бахчевых культур активным рабочим органом и найдена закономерность изменения угла смещения.

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

MECHANICAL AND MATHEMATICAL MODEL OF THE DISPLACEMENT OF THE MELON WHIP BY AN ACTIVE WORKING BODY DURING THE PROCESSING OF CROPS

Relevance. Melon crops in the arid zones of the Volga region occupy quite large areas and are considered one of the profitable crops. To date, about 50% of the melon production of the Russian Federation is produced by the Southern Federal District. The main share of the area under melon crops on the Bogar in the Southern Federal District falls on the Volgograd region. The area under them reaches 110 thousand hectares. This is primarily due to the high profitability of the crop, reaching (200...250)%, as well as the corresponding climatic conditions. A serious problem in their cultivation remains the high labor intensity, reaching 25 thousand rubles / ha, as well as the presence of manual operations in the technological process. They are associated with weeding rows of weeds, as well as harvesting fruits, especially watermelons and melons. Weeding rows is complicated by the fact that it must be performed in a certain, fairly short time (no more than 10 days), the presence, along with weeds, of cultivated plants, as well as the versatility of the operation. Therefore, below we present the material related to theoretical research on the study of the operation of the chisel inertial block extractor (CHIBIS-1A) of weeds, which excludes or minimizes damage to cultivated plants. Such a machine is capable of processing the protective zone of a row of melon crops and its working organs, in the form of staples, reduce the impact on the root system and the vegetative part of the plant. An object. The object of the study is the technological process of processing melon crops with an active and working organ that excludes damage to the whip. Materials and methods. Development and mathematical description of a model for moving a crop of melons by a mechanical working body when processing crops from weeds using the Euler formula. Results and conclusions. A mechano-mathematical model of the movement of a melon crop whip by an active working organ has been developed and a pattern of changing the displacement angle has been found.

Текст научной работы на тему «МЕХАНО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕЩЕНИЯ ПЛЕТИ БАХЧЕВЫХ АКТИВНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОСЕВОВ»

***** ИЗВЕСТИЯ *****

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 4 2022

НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. АГРОИНЖЕНЕРИЯ

DOI: 10.32786/2071-9485-2022-04-46 MECHANICAL AND MATHEMATICAL MODEL OF THE DISPLACEMENT OF THE MELON WHIP BY AN ACTIVE WORKING BODY DURING THE PROCESSING OF CROPS

V.A. Tseplyaev

Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 07.10.2022 Submitted 14.12.2022

Abstract

Relevance. Melon crops in the arid zones of the Volga region occupy quite large areas and are considered one of the profitable crops. To date, about 50% of the melon production of the Russian Federation is produced by the Southern Federal District. The main share of the area under melon crops on the Bogar in the Southern Federal District falls on the Volgograd region. The area under them reaches 110 thousand hectares. This is primarily due to the high profitability of the crop, reaching (200...250)%, as well as the corresponding climatic conditions. A serious problem in their cultivation remains the high labor intensity, reaching 25 thousand rubles / ha, as well as the presence of manual operations in the technological process. They are associated with weeding rows of weeds, as well as harvesting fruits, especially watermelons and melons. Weeding rows is complicated by the fact that it must be performed in a certain, fairly short time (no more than 10 days), the presence, along with weeds, of cultivated plants, as well as the versatility of the operation. Therefore, below we present the material related to theoretical research on the study of the operation of the chisel inertial block extractor (CHIBIS-1A) of weeds, which excludes or minimizes damage to cultivated plants. Such a machine is capable of processing the protective zone of a row of melon crops and its working organs, in the form of staples, reduce the impact on the root system and the vegetative part of the plant. An object. The object of the study is the technological process of processing melon crops with an active and working organ that excludes damage to the whip. Materials and methods. Development and mathematical description of a model for moving a crop of melons by a mechanical working body when processing crops from weeds using the Euler formula. Results and conclusions. A mechano-mathematical model of the movement of a melon crop whip by an active working organ has been developed and a pattern of changing the displacement angle has been found.

Keywords: melon lash, "Shatrik" phase, active brace, weed combing, overflowing angle, lash formation, coefficient offriction, displacement angle, melon row.

Citation. Tseplyaev V.A. Mechanical and mathematical model of the displacement of the melon whip by an active working body during the processing of crops. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 4(68). 378-389 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-04-46.

Author's contribution. Author of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. Author of this paper have read and approved the final version submitted.

Conflict of interest. The author declare that there is no conflict of interest.

УДК 631.334

МЕХАНО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕЩЕНИЯ ПЛЕТИ БАХЧЕВЫХ АКТИВНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОСЕВОВ В. А. Цепляев, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград Дата поступления в редакцию 07.10.2022 Дата принятия к печати 14.12.2022

Актуальность. Бахчевые культуры в засушливых зонах Поволжья занимают достаточно большие площади и считаются одной из прибыльных культур. К настоящему времени около 50 % продукции бахчеводства РФ производит Южный федеральный округ. Основная доля площадей под бахчевыми культурами на богаре в ЮФО приходится на Волгоградскую

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

область. Площадь под ними достигает 110 тыс. га. Это связано в первую очередь, с высокой рентабельностью культуры, достигающей (200...250)% а также соответствующими климатическими условиями. Серьезной проблемой при их возделывании остается высокая трудоемкость, достигающая 25тыс. руб/га, а также наличием в технологическом процессе ручных операций. Они связаны с прополкой рядков от сорной растительности, а также с уборкой плодов, особенно арбузов и дынь. Прополка рядков осложняется тем, что ее необходимо выполнить в определенные, достаточно сжатые сроки (не более 10 дней), наличием, наряду с сорняками, культурных растений, а также многогранностью выполнения операции. Поэтому ниже представим материал, связанный с теоретическими исследованиями по изучению работы чизельного инерционно-блочного извлекателя сорняков (ЧИБИС-1А), исключающего или снижающего до минимума повреждение культурных растений. Такая машина способна обрабатывать защитную зону рядка посевов бахчевых, а ее рабочие органы, в виде скоб, снижают воздействие на корневую систему и вегетативную часть растения. Объект. Объект исследования технологический процесс обработки посевов бахчевых культур активным и рабочим органом, исключающим повреждение плети. Материалы и методы. Разработка и математическое описание модели перемещения плети бахчевых культур механическим рабочим органом при обработке посевов от сорняков с использованием формулы Эйлера. Результаты и выводы. Разработана механо-математическая модель перемещения плети бахчевых культур активным рабочим органом и найдена закономерность изменения угла смещения.

Ключевые слова: плети бахчевых культур, фаза «Шатрик», активная скоба, вычесывание сорняков, плетеобразование бахчевых, посевы бахчевых.

Цитирование. Цепляев В.А. Механо-математическая модель смещения плети бахчевых активным рабочим органом при обработке посевов. Известия НВ АУК. 2022. 4(68). 378-389. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-04-46.

Авторский вклад. Автор настоящего исследования принимал непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе эксперимента, ознакомился с окончательным вариантом статьи и одобрил его.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Введение. Бахчеводство - одна из отраслей сельскохозяйственного производства, способная приносить достаточно высокую прибыль [8, 10]. Площадь размещения бахчевых культур расширяется и составляет только в Волгоградской области более 100 тысяч гектар. Известно, что бахчевые культуры весьма чувствительны к площади питания, особенно среди них тыква [5, 6]. При ее возделывании расстояние между рядками (междурядье) достигает 2,1 м, а между гнездами в рядках (междугнездье) 1,8 м. [14, 15]. При посеве семян арбуза эти размеры составляют 1,8*1,5 м. Семена других бахчевых высеваются по схеме посева близкой и указанной выше. Естественно свободная вокруг растения площадь бурно зарастает сорной растительностью. Для ее удаления применяются различные машины в первую очередь культиваторы с пассивными рабочими органами [5, 6]. При подрезании сорняков культиваторными лапами уничтожается в основном вегетативная часть, а большая часть корневой системы продолжает развиваться и через небольшой промежуток времени сорняки снова прорастают, а за этим следует очередная операция по их удалению. Эта операция повторяется многократно. Уменьшить количество обработок возможно при использовании машин, с рабочими органами активного типа [1, 2, 8]. Они способны выполнять вычесывание сорняков воздействуя непосредственно на корневую систему [10, 11]. Однако, одновременно с удалением сорной растительности, следует снижать, до минимума воздействие на культурные растения. Именно на снижение повреждения плетей бахчевых культур и направлена представленная ниже статья.

Цель работы заключается в создании механо-математической модели и последующем нахождении закономерности изменения угла смещения плети, исключающего ее разрыв или отрыв у корня. Следует отметить, что выращивание бахчевых связано с до-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

статочно большой трудоемкостью, достигающей 160...180 челч/га [14]. Особенно большие затраты связаны с обработкой посевов бахчевых и других культур от сорной растительности, на проведение этой операции приходится до 40% от общих затрат [3, 7, 9].

Рисунок 1 - Схема машины для ухода за посевами бахчевых культур:

1-рама, 2-прицепное устройство, 3-опорные колеса, 4-передний вал, 5-задний вал, 6- передняя звездочка, 7-задняя звездочка, 8-диски, 9-гребенки, 10-дугообразный элемент,

11-передняя батарея, 12- задняя батарея

Figure 1 - Diagram of a machine for caring for melon crops: 1-frame, 2-trailer, 3-support wheels, 4-front shaft, 5-rear shaft, 6- front sprocket, 7-rear sprocket, 8-discs, 9-combs, 10-arc-shaped element, 11-front battery, 12- rear battery

Машина включает раму 1, к которой в передней части жестко закреплено прицепное устройство 2, в нижней части к раме 1 с возможностью вертикального перемещения закреплены опорные колеса 3, на раму посредством подшипников опираются передний 4 и задний 5 валы, на которых в левой части установлены звёздочки 6 и 7 соответственно, причём количество зубьев на звёздочке 6 больше чем у звёздочки 7, к валам 4 и 5 жестко прикреплено по два диска 8, между которыми находятся гребенки 9, закреплённые таким образом, что концы подпружиненных дугообразных элементов 10, находящихся на них, располагаются по винтовым линиям. Вал 4 со звёздочкой 6, диски 8, гребенки 9, скобы 10 образуют переднюю батарею 11, а вал 5, со звёздочкой 7, дисками 8, гребенками 9, скобами 10 образуют заднюю батарею 12. Передняя и задняя батареи соединены цепной передачей, причем направление винтовых линий, на которых располагаются концы скоб противоположное [10], а сами скобы на передних и задних батареях смещены на ширину захвата каждой.

Орудие для поверхностной обработки почвы работает следующим образом.

При взаимодействии скоб с почвой возникает момент, обеспечивающий вращение батарей. Однако, за счет разности зубьев звездочек 6 и 7 цепной передаче, передняя батарея притормаживается, поскольку звездочка задней батарей, имея меньшее ко-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

личество зубьев, вращается с большей скоростью. При этом глубина погружения скобы от начала входа её в почву под прямым углом увеличивается и при достижении максимальной глубины, скоба заставляет пружину закручиваться, что создает дополнительный момент, который реализуется при выходе скобы из почвы. Закрученная пружина заставляет скобу двигаться ускоренно, создавая тем самым эффект не только рыхления почвы, но и вычесывания сорняков вместе с корнями.

Принцип инерционного захвата плети активной скобой потенциально создает условия для её отрыва, но при этом может служить перспективной моделью по созданию вычесывающих рабочих органов для удаления сорняков. Математический анализ такого процесса в земледельческой и теоретической механике не представлен. В основу теоретических исследований данного процесса возможного отрыва плети положена известная формула Эйлера о силе натяжения F гибкого элемента за счет угла охвата ^ в виде подпружиненной скобы круглого или близкого к нему сечения, коэффициента трения f и силы Р] инерционного торможения стебля (рисунок 2):

Fj •

Отрыв плети происходит при условии F > где[ Р^] - прочность плети.

Наряду с выполнением указанного процесса, при выходе скобы из почвы возможно повреждение плети растения. В последующем все рассуждения будут сводиться именно к плети бахчевых культур, при этом критическим может быть момент отрыва плети возле корня, что приведет к полной гибели всего растения.

Рисунок 2 - Схема перемещения плети рабочим органом

Figure 2 - The scheme of moving the whip by the working body

Снижение процентов повреждения растений можно добиться за счёт конструкторских решений. Скоба - один из основных элементов представленной конструкции. Именно она непосредственно взаимодействует растением, а её важным параметром яв-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ляется угол захлестывания. Рассмотрим процесс взаимодействия скобы с растением бахчевых в фазе «шатрик» - «плетеобразование». Представим схематично растение в осях координат (вид сверху) из положения ОКМ за счёт действия скобы растение перемещается в положение О^М.

Для определения условия исключающего отрыв плети бахчевых у корня воспользуемся формулой Эйлера об изменении силы натяжения Тп гибкого элемента от угла захлестывания «^ш» подпружиненной скобы округлого сечения. При этом необходимо учесть коэффициент трения ^ плети о поверхность скобы, силы Тт инерционного сопротивления стебля.

Исходя из обозначений и учитывая уравнение Эйлера, представим зависимость:

Тп = [Тт] • еЪ , (2)

где - коэффициент трения от силы тяжести и инерционной силы плети. Условия отрыва плети вполне логично представить в виде:

Тп < [Тт], (3)

где [Гт] - предельная прочность плети.

Перемещение плети скобой по направлению NN1 будет сопровождаться её одновременным скольжением по поверхности последней. Это перемещение будет проходить в двух направлениях: вдоль оси скобы и поперёк её. Поэтому силу трения необходимо определять с учётом уравнения И. В. Крагельского:

F = ф + рЫ, (4)

где а и р - константы трения; 5ф - фактическая площадь поверхности соприкосновения трущихся тел.

Условием трения будем считать взаимодействие плети, в виде упругой нити, с поверхностью цилиндрической скобы. Площадь её поверхности будет зависеть от углов охвата скобы и .

Исходя из представленного анализа проведём некоторые обозначения, а именно, примем, что Р = / - коэффициент трения плети при осевом её перемещении по скобе, а = — - усилие на единицу площади, Qт - сила трения при перемещении плети по скобе

в поперечном направлении.

Однако первое слагаемое в указанной формуле - это по существу сила трения от действия распределённой нагрузки, в данном случае изогнутой под углами и плети по скобе.

Следовательно, сила трения, по аналогии с её пониманием физического явления может быть определена через реактивную силу, действующую от плети на поверхность рабочего органа при его поступательном движении. По существу, учитывая последние рассуждения, для изучаемого процесса следует записать, что

*-'=/'-а-5ф, (5)

где f' - коэффициент трения движения. Тогда, учитывая указанные рациональные рассуждения, формула Эйлера можем представить в виде:

Тп = Т^ (е^ш+'ТпУ/п + е0Тш+•?«>/«) . (6)

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Полученное выражение (6) представляет собой уравнение со многими неизвестными. Поэтому необходимо параметры одних неизвестных принять в соответствии с конструкторскими решениями, при этом остальные подлежат расчётам. В данной задаче необходимо определить усилие Тт и углы захлестывает плети .

На графике (рис.2) схематично представлена скоба округлого сечения радиусом гс в исходном положении I и после его перемещения, отрезок Бп- положение II.

При движении скоба захватывает плеть, которая смещается, отклоняясь на углы и . Они обозначены, как углы захлестывания плети. При этом плеть на участке О^ выглядит в виде отрезка прямой, в виду небольшого роста растения в фазе «шатрик». Плеть - смещается по некоторому криволинейному участку,

имея большую длину. Плеть обладает абсолютной гибкостью, не растягивается, а её масса равномерно распределённая. Углы и не равны между собой. Значения коэффициентов трения и известны, поскольку получены экспериментальными исследованиями.

Скольжение плети по поверхности скобы будет проходить со скоростью Уп, при этом её величина - это проекция скорости Ус - движению скобы на участке хс. Её величина определится из выражения:

= ^ . (7)

Однако перемещение плети по отношению к скобе будет проходить в обратном направлении, т.е.

и

(8)

П /- '

= . (9)

Для определения ускорения скольжения плети возьмём производную по времени

"с ^ <Тш

= - ИЛ^Щ" . (10)

Поскольку плеть перемещается в осевом направлении по скобе радиусом гс представим схему взаимодействия скобы и плети на рисунке 3.

При движении скобы со скоростью Ус плеть будет скользить по её поверхности и отрезок пути этого скольжения может быть определён:

ип = ККш = ккп + 0Кп - ОКш. (11)

В соответствии со схемой:

ККп = гс • (12)

0Кп = ^ (13)

ОКш = ¿ш. (14)

Из схемы (рисунок 3) следует: где гс - радиус скобы, м; !ш - высота плети в фазе «шатрик», 1'п - отрезок от точки захвата плети до оси перемещения скобы, м.

Подставим указанные величины в выражение (9):

***** ИЗВЕСТИЯ *****

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

J — /'

J' — .p . ш Ln .

COS ^ш

Поскольку Z^ — rc • , проведем преобразования полученного выражения:

1

№ 4 2022

(15)

i'n — — tg и + г; (—у—i).

(16)

Рисунок 3 - Схема скольжения плети по скобе Figure 3 - Scheme of the whip sliding on the bracket

Обозначим время скольжения плети по скобе через ее скорость движения, при этом:

(17)

S0 — d — A,

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

tin vr

¿ш •tgfcn — rc

-OS ^ц

—1)

(18)

При повороте плети на угол ее угловая скорость определится, если взять производную £тш обратной функции:

Тогда:

Чш

(19)

Sn

— I ^•tg^—rc

COS2 <fu

COS2

Acos ■) • (— sin U

ш

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

В конечном виде после преобразований значение угловой скорости определится:

vc • cos2

£п=-С г - . (21)

Однако скорость движения скобы vc является величиной переменной, т.к. ось скобы движется поступательно со скоростью движения машины - им, а скоба вращается вместе с валом. Таким образом, движение скобы происходит по некоторой траектории -циклоиде [8, 11, 14]. Траектория движения точек передней скобы - это укороченная циклоида, а задней - удлиненная.

Судя по выражению (21) угловая скорость движения плети и скорость скобы vc находится в прямопропорциональной зависимости. Отсюда следует, что увеличение скорости движения скобы вызовет повышение угловой скорости скольжения плети. Это может привести к отрыву последней. Поэтому рассматривать необходимо вариант при максимальной угловой скорости скобы. Тогда скорость движения скобы по горизонтальной оси Ох будет равна:

vc = ум — wc • Rw • sin wt, (22)

где w - угловая скорость поворота вала со скобой, с Rw - радиус скобы, м; t - время поворота скобы, с.

Наиболее выгодным, для снижения повреждения в момент захвата плети скобой, будет условие:

Vm — Rw^wc^ sin = 0, (23)

где - угол поворота скобы при контакте с плетью.[10, 11].

ф'с = arcsin-, (24)

я

где А = — - кинематический показатель, ис - окружная скорость скобы, м/с.

Учитывая формулу (24) запишем:

= К — sin • cos2 ^

Sin f . (25)

¿ш(1 — sin^u)

Плеть будет скользить по скобе с некоторым ускорением по мере перемещения последней. Тогда учитывая выражение (8) запишем:

(Um — Rw • wc • sin • cos3 ^ш

¿n(l — X^^sin^n)

(26)

Конечная задача сводится к определению угла .

При этом следует учитывать, что скорость движения плети Щ и скорость перемещения скобы будут иметь разные значения. На основе знаний законов теоретической механики можно записать:

vn = 2 • (им - Rw • wc • sin ^С), (27)

где фп - коэффициент трения плети о наружную поверхность скобы.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Тогда отношение скоростей — =

Ve

X = vc • t • ц,

• rc \___Г

COS ^

-1)

(28)

Проведя математические преобразования получим:

^{[¿Ш + (Х - гс)2] • sin ^ - 21ш • Гс • sin ^ + í"c2 - - ^с)2} = 0. (29) Если полученное уравнение разделить на [¿Ш + (х - гс)2] получим уравнение:

sin ^ -

(—f-1 Г i \Х—Гг/

--Г • Sin Еш + , с 2—

Ь2ш + (Х-Гс)2 ( L--

2 Ьш'Гг

(—)

\x—rcJ

+1

0.

(30)

В конечном виде угол определится:

. ^ш • ^С ± Í-C)V ^ш + ^

= arcsin —

х

^ ^ ■ (31)

1?ш + (х - Гс)2 *

В полученной зависимости величина х является переменной, поскольку плеть рассматривается как физическая величина, то принимаем условие, что она имеет круглое сечение диаметром й.п, ее радиус обозначим рп. Скольжение плети по поверхности скобы без повреждения выражаем как ее перекатывание при малых размерах самой плети.

Тогда скорость, с которой перемещается плеть, определится:

*(гс+Рп )

2)1|2

(32)

' с

Взаимодействие скобы с плетью может привести к захлестыванию конца плети и повреждению. Предельное значение плети:

1п=2пгс . (33)

Исходя из уравнений 32 и 33 найдем значение времени скольжения плети по

скобе:

tп

2лгг

2лгг*гг

2лгг

Учитывая, что

определим х

vC*(rc2+Pn2)112 vC(rc2+Pn2)112 ' x=(uM-fíw sin )*t ,

х=

2лгг

(rc2+Pn2)112

Значение х, поставим в формулу 31, в результате получим:

ш'С^ 2

(rc2+Pn2)1|z[¿2 +((rc2+Pn )1|2) "(rc2+Pn2)1|zJ

2 ПГСА

4 ПГс

arcsin-

Ь2,+Г

2nrc¿

-гс]2

(34)

(35)

(36)

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

(37)

[(гс2+Р„2)112

Выражение (37) может быть решено только цифровым методом с использованием программы Mathcad. Ниже представлена блок-схема и графики, полученные по результатам решения (рисунки 4-6).

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Рисунок 4 - Алгоритм расчета угла смещения плети бахчевых культур скобой вычёсывателя сорняков

Figure 4 - Algorithm for calculating the angle of displacement of the lash of melon crops by the brace of the weed comber 387

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Рисунок 5 - Зависимость изменения угла смещения плети от радиуса скобы (гс)

Figure 5 - Dependence of the change in the angle of displacement of the whip (^ш)

on the radius of the bracket (rc)

Рисунок 6 - Зависимость изменения угла смещения плети (^ш) от ее длины (!ш)

Figure 6 - The dependence of the change in the angle of displacement of the whip (^ш)

on its length (!ш)

Выводы. Исходя из технологического процесса обработки посевов бахчевых культур от сорняков, рассмотрено взаимодействие рабочего органа в виде скобы с плетью бахчевых. При этом на основании полученного теоретическим путем графика найдены зависимости угла смещения плети из нулевого положения до максимально возможного, исключающего отрыв плети у корня. По результатам реализованной программы получены теоретические графики (рисунки 5 и 6). Оптимальный размер радиуса скобы может быть в пределах от 10 мм до 14 мм (рисунок 5) при этом допустимое

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

смещение плети составляет до 410 (0,7 рад.). Что касается перемещения плети в зависимости от её прироста после фазы «Шатрик» (рис. 6), то следует отметить: при минимальном приросте плети - 100 мм угол смещения может составлять 280 (0,48 рад.), а при её разрастание до 190 мм - на 90 ( 0,15 рад.) без её отрыва у корня. Следовательно, исходя из условия исключающего отрыв растения бахчевых у корня, угол смещения плети не должен превышать 90 (0,15 рад.).

Библиографический список

1. Алдошин Н. В., Маматов Ф. М., Исмаилов И. И. Средства механизации для обработки почвы в бахчеводстве // Техника и оборудование для села. 2021. № 2 (284). С. 12-15

2. Байрамбеков Ш. Б., Боева Т. В., Соколов А. С. Основные элементы технологии возделывания бахчевых культур // Защита и карантин растений. 2020. № 4. С. 31-35.

3. Берназ Н. И. Защита овощных культур от сорных растений // Фермер. Черноземье. 2018. № 6 (15). С. 34-36.

4. Быковский Ю. А., Колебошина Т. Г. Технология производства бахчевых // Картофель и овощи. 2016. № 10. С. 11-13.

5. Геометрия посева пропашных культур / А. А. Завражнов, А. И. Завражнов, А. А. Земляной, В. Ю. Ланцев, Д. В. Акишин, А. С. Ибраев, А. В. Якушев // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 1. С. 59-66.

6. Клочков А. В. Механические и физические методы борьбы с сорняками // Наше сельское хозяйство. Белорусская государственная сельскохозяйственная академия. 2020. № 17 (241). С. 84-89.

7. Соколов А. С., Байрамбеков Ш. Б., Соколова Г. Ф. Влияние обработки почвы, удобрений, гербицидов на засоренность и урожайность овощных культур в севообороте // Успехи современного естествознания. 2018. № 8. С. 78-84.

8. Соколов А. С., Соколова Г. Ф. Изучение влияния кратности междурядных обработок на засоренность и урожайность дыни в Астраханской области // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (163). С. 76-81.

9. Фетюхин И. В., Черненко И. Е. Совершенствование химического метода борьбы с сорняками на подсолнечнике // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2020. № 157. С. 206-217.

10. Цепляев В. А. Теоретическое обоснование технологии ухода за посевами // Изв. Нижневолж. агроунивер. комплекса. 2022. № 2. С. 314-320.

11. Цепляев В. А., Матасов А. Н., Цепляев А. Н. Агрегат для удаления сорняков методом теребления // Сельский механизатор. 2014. № 9. C. 8-9.

12. Advanced nanomaterials in agriculture under a changing climate: The way to The future / A. Ioannou, Gh. Gohari, P. Papaphilippou, S. Panahirad, Ali Akbari, M. R. Dadpour, Th. KrasiaChristoforou, V. Fotopoulos // Environmental and Experimental Botany. 2020. № 176. article number 104048.

13. Agrotechnical and chemical methods of weeds control in the vegetable crop rotation link / Sh. B. Bairambekov, O. G. Korneva, E. V. Polyakova, G. V. Gulyaeva, A. S. Sokolov // Ecology, Environment and Conservation Journal Papers. 2017. Vol. 23 (3). P. 1684-1690.

14. Deficit Irrigation Scheduling and Superabsorbent Polymer- Hydrogel Enhance Seed Yield, Water Productivity and Economics of Indian Mustard Under Semi-Arid Ecologies / S. S. Rathore, K. Shekhawat, A. Class, O. P. Premi, B. S. Rathore, V. K. Singh // Irrigation and Drainage. 2019. № 68 (3). P. 531-541.

15. Kabir M. H., Ahmed K., Furukawa H. A low cost sensor based agriculture monitoring system using polymeric hydrogel // Journal of the Electrochemical Society. 2017. № 164 (5). P 31073112.

Информация об авторе

Цепляев Виталий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, ректор, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград (РФ, 400002, Волгоградская обл., г. Волгоград, пр-т Университетский, д. 26), т. +7 (8442) 41-17-84, E-mail: volgau@volgau.com

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.