CC BY
82
2. Что такое станко-часа [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://stanko-lid.ru/article/chto-takoe-stanko-chas. html (дата обращения: 10.06.2014).
3. Как рассчитать нормо-час [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.kakprosto.ru/kak-58158-kak-rasschitat-normo-chas (дата обращения: 09.06.2014).
4. Отличительные особенности [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://ntsol.ru/index.php?n = 73 (дата обращения: 09.06.2014).
5. Фрезерные центры Hurco серии VMX [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://zenitech.prom.ua/g1270932-frezernye-tsentry-hurco (дата обращения: 09.06.2014).
6. Nef-400 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http:// www.techno-mash.ru/germania/1000/1100/1170/1171/206/ (дата обращения: 09.06.2014).
АНИЩЕНКО Станислав Сергеевич, аспирант кафедры «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета (ОмГТУ); старший мастер цеха 8 ПО «ПОЛЕТ». Адрес для переписки: [email protected] ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты» ОмГТУ. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 11.06.2014 г. © С. С. Анищенко, А. Ю. Попов
УДК 631316022 И. В. БОЖКО
Государственное научное учреждение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук, Ростовская область, г. Зерноград
МЕТОДИКА ВЫБОРА СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ПОСЛОЙНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОГО УВЛАЖНЕНИЯ
В статье обоснована схема и предложена методика инженерного расчета рабочего органа для безотвальной послойной обработки почвы в условиях недостаточного увлажнения. Приведена схема и параметры предлагаемого рабочего органа.
Ключевые слова: инженерный расчет, рабочий орган, послойная обработка почвы, недостаточное увлажнение.
Обработка почвы вызывает существенные изменения в соотношении объемов твердой, жидкой и газообразной фаз, воздействуя на химические, физико-химические и биологические процессы, ускоряя или замедляя темп синтеза и разрушения органического вещества. Обработка почвы создает благоприятные физические условия плодородия почвы, продолжает оставаться одним из важнейших способов борьбы с сорными растениями, вредителями и болезнями с.-х. культур.
Однако применение известных рабочих органов для обработки почвы не позволяет интенсифицировать все факторы, обеспечивающие повышение и воспроизводство эффективного плодородия. Наиболее полно этого можно достичь применением рабочего органа, разуплотняющего нижние горизонты, обеспечивающего дифференциальное крошение слоев почвы, создающего мульчированный слой на поверхности и повышающего эрозионную устойчивость, т.е. осуществляющего послойное рыхление. При этом улучшается структура почвы, влагонако-
пление и аэрация корнеобитаемого слоя, что активизирует процессы нитрификации и позволит использовать растениям дополнительные питательные вещества.
При разработке и обосновании параметров рабочих органов необходимо учитывать физико-механические свойства обрабатываемой среды таким образом, чтобы технологические процессы разработанных машин способствовали накоплению и сбережению влаги в почве в условиях недостаточного увлажнения.
В условиях недостаточного увлажнения исключительную роль играет запас влаги в почве к началу вегетационного периода. Так как в конце лета в этой зоне в корнеобитаемом слое запасы доступной растениям влаги совершенно ничтожны, то ее содержание к весне следующего года почти полностью определяется количеством поздних осенних осадков, степенью использования талых вод, а также приемами по ее накоплению и сохранению, к которым относится безотвальная послойная обработка почвы.
Вопросы сохранения влаги внутри пласта почвы в условиях недостаточного увлажнения актуальны для различных регионов РФ. Так, например, при испытаниях на Сибирской МИС почвообрабатывающих агрегатов КПЭ-3,8, АПК-10 выявлен недостаток качества работы в виде выноса влажного слоя на поверхность поля, соответственно 0,19 — 0,87 % (Протокол № 12-14-2005(1020132)) и более 1 % (Протокол № 12-12-2005(1020312)), что не допускается агротехническими требованиями, поскольку приводит к потере влаги, особенно неприемлемо для условий недостаточного увлажнения.
Низкое качество рыхления пересушенных почв, обусловленное повышенной твердостью, которая линейно коррелирует с плотностью, можно улучшить за счет рационально выбранных параметров и режимов функционирования рабочего органа. Известно, что крошение осуществляется по поверхностям наименьшего сопротивления, если рабочий орган не стремится сам непосредственно создать поверхность раздела, что имеет место лишь при подрезании пласта. Поэтому улучшение качества крошения не должно приводить к повышению энергозатрат на обработку почвы, понизить которые возможно за счет рационального сочетания крошащих и режущих элементов рабочего органа.
Первоначальным этапом формирования схемы рабочего органа является анализ известных конструкций.
Анализ известных конструкций рабочих органов для основной безотвальной обработки почвы позволил выделить тенденции развития объекта [1].
Так, к первоначальной конструкции глубоко-рыхлителя в виде прямолинейной стойки с долотом добавляются лапы (уширители щели, кротователи и т.п.), служащие для улучшения качества обработки почвы за счет формирования требуемого профиля борозды.
Для снижения тягового сопротивления рабочего органа и улучшения заглубляемости, прямолинейные стойки трансформируются в криволинейные или наклонные по ходу движения [2].
Придание степени подвижности рабочему органу относительно стойки (например, лапам в поперечно-вертикальной или долоту в продольно-горизонтальной плоскости) позволяет уменьшить тяговое сопротивление и улучшить качество рыхления.
Дальнейшей тенденцией совершенствования рабочего органа является наклон стойки не только по ходу движения, но и в сторону (например, paraplow фирмы Howard), что обеспечивает лучшее разуплотнение пласта и является начальным этапом формирования тенденции развития послойной обработки почвы.
Указанная тенденция находит свое логическое продолжение в оснащении конструкции рабочим органом для мелкой обработки почвы, закрепленным на стойке.
Данная конструкция обеспечивает послойное рыхление следующими элементами: долотом, наклонной частью стойки и рабочим органом для мелкой обработки почвы. Однако за счет увеличения зоны деформации повышается тяговое сопротивле-
ние рабочего органа, которое можно снизить, используя криволинейную режущую кромку вместо прямолинейной.
Анализ тенденций развития рабочих органов землеройных машин позволяет выделить криволинейную режущую кромку как конструктивное решение, имеющее перспективное направление совершенствования технологического процесса рыхления в части снижения энергоемкости. Исследование формы рабочего органа показало, что при обработке пласта повышенной твердости криволинейной кромкой усилие резания, а следовательно, и тяговое сопротивление снижается по сравнению с обработкой прямолинейной в одинаковых условиях. Это объясняется характером взаимодействия пласта с рабочим органом, наличием помимо лобового также и косого резания, при котором наряду с деформациями сжатия в направлении движения, имеет место сдвиг грунта в стороны по поверхностям скольжения (наименьшего сопротивления). Уменьшение тягового сопротивления рабочего органа при дугообразной форме по сравнению с прямолинейной обусловлено меньшей длиной режущей кромки по отношению ко всей площади поперечного сечения обрабатываемого пласта. Криволинейные режущие профили эффективно использовать даже при небольшой ширине рабочего органа землеройной машины.
В связи с вышеизложенным целесообразно применять рабочий орган с режущей кромкой криволинейной формы при обработке почвы в условиях недостаточного увлажнения с целью снижения энергоемкости рыхления пласта. При этом требуется некоторое усовершенствование элементов конструкции землеройных рабочих органов в части их адаптации к технологическому процессу обработки почвы без оборота пласта с учетом физико-механических свойств обрабатываемой среды.
Получены данные по физико-механическим свойствам почвы на опытном поле ГНУ СКНИИ-МЭСХ Россельхозакадемии.
Данные механического анализа свидетельствуют о том, что почвенный покров района исследований представлен черноземами обыкновенными слабогумусными мощными легкоглинистыми на лессовидных глинах, являющихся их почвообразу-ющей породой. Исследования показали, что содержание водопрочных агрегатов увеличивается с ростом глубины взятия образца почвы и обусловлено особенностями строения твердых фаз, количеством органического вещества, образующего в результате необратимой коагуляции пленку вокруг агрегатов. Заметна более высокая водопрочность нижней половины пахотного (15 — 25 см) и подпахотного (25 — 35 см) слоев почвы. Так, в нижней половине пахотного количество водорастворимых агрегатов на 17,4% выше по сравнению с верхним, а в подпахотном — на 24,6%. Из вышеизложенного следует, что на черноземной почве углубление пахотного слоя и перемешивание с подпахотным вполне целесообразно, поскольку в культуру вводятся структурные слои с более водопрочными агрегатами и ускоряются микробиологические процессы. Из физики земледелия известно, что обработкой (даже при оп-
Рис. 1. Схема предлагаемого рабочего органа: а — вид спереди; б — вид сбоку; 1 — стойка; 2 — направитель; 3 — разомкнутый кольцевой элемент; 4 — рыхлитель; 5 — долото
тимальной влажности) невозможно обеспечить повышение водопрочности в почвенных агрегатах. Во-дорастворимость микроагрегатов в разных почвенных горизонтах находится в соответствии с распределением перегноя по профилю почвы. Однако при высоких температурах почвы и окружающего воздуха процессы разложения растительных остатков могут протекать интенсивно лишь при наличии влаги внутри пласта, что обеспечивает образование и накопление перегноя. В противном случае процессы разложения растительных остатков продолжаются до образования минеральных веществ, а образование органических веществ не наблюдается. В связи с этим необходимы мероприятия по влагона-коплению и влагосбережению, т.е. применять безотвальную послойную обработку почвы.
Применение рабочего органа с разомкнутым кольцевым элементом позволит улучшить безотвальную обработку почвы, осуществляя послойно мелкую (до 16 см) обработку и глубокое рыхление долотом (25 — 35 см). Послойное рыхление обеспечивает различные по плотности и структурному составу слои почвы, что позволяет влаге в засушливых условиях накапливаться внутри пласта и перемещаться под влиянием термодиффузионных процессов в область залегания корневой системы растений.
Предлагаемый рабочий орган осуществляет качественное крошение пласта при наименьших энергозатратах за счет деформаций растяжения и изгиба, менее энергоемких по сравнению со сжатием, создаваемых на поверхности и внутри эллиптического кольца, параметр которого представляет собой функцию угола сдвига почвы в продольно-вертикальной плоскости [1].
Эллипс образуется при проектировании кольца в форме окружности на плоскость сдвига почвы, где (согласно теории Мора) усилие резания рабочим органом наименьшее. Тем самым достигается наименьшее тяговое сопротивление предлагаемого рабочего органа с кольцевым элементом в виде эллипса.
Поскольку поверхность поля предполагается топографически гладкой на макроуровне, кольцевой элемент трансформируется в разомкнутое в сторону дневной поверхности полукольцо, изогнутое по форме полуэллипса, концы которого расположены на одном уровне в горизонтальной плоскости. Тем самым исключается забивание рабочего органа комками почвы и растительными остатками.
При рыхлении почвы предлагаемым рабочим органом за счет малой толщины каждого обрабатываемого слоя, трещины внутри пласта наблюдаются как в продольном, так и в поперечном направлениях, что позволяет получить требуемое качество крошения.
Принцип работы заключается в следующем: при движении агрегата на заданной глубине долото, установленное на стойке, производит раскалывание и глубокое рыхление почвенного пласта на 25— 35 см, а направитель, установленный в передней части стойки, производит скалывание почвы благодаря углу заточки лезвия. Разомкнутый кольцевой элемент, смонтированный на направителе, осуществляет мелкую обработку верхних слоев почвы, с одновременным подрезанием растительных остатков. Диапазон мелкой обработки почвы задан параметрами разомкнутого кольцевого элемента, выполненного в форме полуэллипса. Подрезание растительных остатков осуществляется за счет двухсторонней заточки рабочей кромки полуэллипса как с внешней, так и с внутренней стороны. Угол заточки для внешней рабочей части составляет 20 — 25°; для внутренней — 30-35°.
Схема предлагаемого рабочего органа приведена на рис. 1.
Из всего вышеизложенного следует отметить, что при помощи предлагаемого рабочего органа обеспечивается послойное безотвальное рыхление, при этом осуществляется одновременно мелкая и глубокая обработка почвы и создается мульчирующий слой из растительных остатков на поверхности поля (Патент 139415, 2014 г. Рабочий орган для послойной обработки почвы. Авторы: Пархоменко Г. Г., Божко И. В. и др.).
Таблица 1
Параметры рабочего органа дляпослойной безотвальной обработки почвы
jVna
q v
sin п + cos е„ • cos я ;
Наименование Обозначение Значение
Угол крошения, ß 20 -25
Ширина эллипса, м b 0,33
Ширина рыхлителя, м b 0,34
Ширина долота, м b g 0,075
Длина рыхлителя,м L 0,25
Длина долота, м L' 0,10
— исходя из min тягового сопротивления (PT) уточняется угол кояшенит Ци выбьрается рацсо-налсная скортсес агрегата
Pr = f [ от + (ib + so2)• Iе • • sinf^ + Ье(L - L )sinß +
ß + Ф + р
На основании проведенных исследований разработана методика инженерного расчета рабочего органа для послойной безотвальной обработки по-чиы. Параметры долота и зыхлителей определшлись в соответствиис исследованиями Пархоменко Г. Г., Щщова В.Н^З].
Методика инженерного расчета производитсяз аледающей поаледчвателыготтыа:
— в зависимости от фиыико-механических аВОЙеИП аооаы ЯслваИЯфиОКЦИООИ-рованиярабомеготргама (твмадрире, вмажнрзть, тип и состав почвы) и ярюбуемые пькаоаяыллтехнологи-чесиого продвмав рсттпрнь ^лотнания ававоям, оа-чество крошения, гребнистость, глубина мелкой обработки);
— п<г еоравочным данныыдля ортняиыс прг рвенаыоуаловий опрв-ыеоаются угль- внешнего !ы) и внутреннего (р) лыеняи;
— выбиваерае угмо ^смштпрч аежущей кррн-ки — угол крошениы -]) ил услокяяезллубленоя рабочего органа
в < п- р - г,
гяР г — угол збосмрегрч стж^цей кромои реОаыа-го органа,
— рааачиаываеася марамеар ] кольцероги эллиптического элемента рабочего органа
_ п-(р + ср + р)
= 2 ;
— с-орерм выЯдмнного параметва |еу) дря т.ибяа емой глубины мелкой обработки почвы кольцевым элемриоом (а) еимамелратся шы-мна
, 2я
— в случае несоответствия ширины эллипса (Ьэ) требуемым показателям технологического процесса (например, глубинемелкой обработки(а)),вводится поправочный коэффициент, учитывающий угол от-клоненияплоскостирасположения рабочего органа от вертикали (аэ) [4];
— по коэффициенту интенсивности напряжений (К^) определяется область наибольшего давления пласта по периметру эллипса, которая задана полярной координатой (м), как предполагаемая зона локального износа рабочего органа
2
где Ь— ширинадолота; Ьр — ширина рыхлителя; Ьэ — ширина эллипса; Ь — длина рыхлителя; Ь' — длинадолота.
Поприведенной методике получены параметры рабочего органа для послойнойбезотвальнойобра-ботки почвы (табл. 1) при скорости и, обеспечиваю-щейвысокуюпроизводительностьагрегата, тяговое сопротивление Рт которого минимально.
Разработанная методика позволяет определять параметры рабочего органа для послойной безот-вальнойобработкипочвывусловияхнедостаточно-гоувлажнения в зависимостиотфизико-механиче-ских свойств обрабатываемой среды и требуемых показателейтехнологического процесса.
Библиографический список
1. Божко, И. В. Кольцевой рабочий орган для обработки почвы / И. В. Божко, Г. Г. Пархоменко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения : материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. врамках 17-й Междунар. агропромышленной выставки «Интерагро-маш-2014». — Ростов-на-Дону,2014. — С.78 — 81.
2. Пархоменко, Г. Г. Снижение тягового сопротивления глубокорыхлителей / Г. Г. Пархоменко, В. А. Максименко,
B. Н. Щиров // Сельский механизатор. — 2010. — № 8. —
C.10-11.
3. Щиров, В. Н. Определение параметров глубокорыхлителей для обработки почвы в засушливых условиях / В. Н. Щиров, Г. Г. Пархоменко // Вестник аграрной науки Дона. — 2012. — № 4 (20). — С. 17-22.
4. Пархоменко, Г. Г. Взаимодействие кольцевого рабочего органас обрабатываемым пластом почвы / Г. Г. Пархоменко, И. В. Божко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения : материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. в рамках 17-й Междунар. агропромышленной выставки «Интерагромаш-2014». — Ростов-на-Дону, 2014. — С.39-42.
БОЖКО Игорь Владимирович, аспирант отдела механизации полеводства, инженер-конструктор 2-й категории.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 27.06.2014 г. © И. В. Божко
b
Э
со а
Э
