ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЬЦЕВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗАЩИТНЫХ ЗОНАХ РЯДОВ ВИНОГРАДНИКОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

80

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

УДК 631.316.4

Руденко Н. Е., Горбачёв С. П., Руденко В. Н., Деревянко Г. Г.

Rudenko N. E., Gorbachev S. P., Rudenko V. N., Derevjanko G. G.

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЬЦЕВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗАЩИТНЫХ ЗОНАХ РЯДОВ ВИНОГРАДНИКОВ

RATIONALE FOR MEANINGFUL AND POWER RING SETTINGS WORKING BODY TREATMENT SOIL PROTECTION ZONES OF ROWS OF VINEYARDS

В ближайшие годы планируется существенно увеличить площади под виноградниками. Одновременно требуется повысить уровень механизации работ по уходу за виноградниками, чтобы исключить ручной труд и применение гербицидов для борьбы с сорняками, особенно в защитных зонах. Взамен сложного по конструкции и недостаточно надежного устройства предлагается новое техническое решение для полной обработки почвы в защитных зонах рядов виноградников. Приводятся его конструктивные и технологические характеристики и его рабочие параметры. Установлено, что культиватор с коническими кольцами может работать на скорости не менее 2 м/с, что на 20-25 % повышает производительность. Снижается тяговое сопротивление по сравнению с применяемой сейчас поворотной лапой на 31 %, что обеспечивает уменьшение расхода топлива.

Ключевые слова: виноградник, культиватор, ряд, штамб, защитная зона, кольцевой рабочий орган.

In the coming years will significantly increase the area under vineyards. At the same time you want to increase the level of mechanization of works on the care of the vineyards, to eliminate the manual labor and the use of herbicides for weed control, especially in protected areas. Instead of complicated design and insufficiently reliable device offers a new technical solution for soil protection zones rows of vineyards. Given its structural and technological characteristics and operating parameters. It is established that the cultivator with conical rings can operate at a speed not less than 2 m/s, which is 20-25 % increases productivity. Reduced traction resistance compared to the current rotary paws at 31 %, which reduces fuel consumption.

Key words: vineyard, cultivator, row, bole, protected area, the annular working body.

Руденко Николай Ефимович -

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры процессов и машин в агробизнесе Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 35-94-10

Горбачёв Семён Павлович -

кандидат технических наук, ассистент

кафедры процессов и машин в агробизнесе

Ставропольский государственный аграрный университет

г. Ставрополь

Тел.: 8-962-400-14-62

Е-т^1: g.semen26@mail.ru

Руденко Валерий Николаевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры агроинженерии Астраханский государственный университет г. Астрахань

Деревянко Геннадий Геннадьевич -

студент специальности «Эксплуатация транспортно-

технологических машин и комплексов»

Ставропольский государственный аграрный университет

г. Ставрополь

Тел.: 8-918-882-44-97

Е-т^1: derevyankogg@gmail.com

Rudenko Nikolay Efimovich -

Doctor of Agriculture, professor of Department of «Processes and cars in agrobusiness» Stavropol State Agricultural University Stavropol

Теl.: 8(8652) 35-94-10

Gorbachev Simeon Pavlovich -

Ph.D. in Technical Sciences, assistant chair of «Processes and machines in agribusiness» Stavropol State Agricultural University Stavropol

Tel.: 8-962-400-14-62 E-mail: g.semen26@mail.ru

Rudenko Valeriy Nikolaevich -

Ph.D. in Technical Sciences, docent of chair

«Agroinzheneriya»

Astrakhan State University

Astrakhan

Derevjanko Gennady Gennadyevich -

Student of «Operation of transport and technological machines and systems» Stavropol State Agricultural University Stavropol

Tel.: 8-918-882-44-97

E-mail: derevyankogg@gmail.com

Для обработки почвы в рядах виноградников применяют культиваторы типа КВО-3, оснащенные поворотными лапами [1]. Для работы системы поворота лап используют: щуп 2, гидрораспределитель 4 и гидроцилиндр 5 (рис. 1).

Агрегат, состоящий из трактора и культиватора, движется вдоль ряда виноградника. Рабочий

орган 1 находится в ряду растений. Щуп 2 удерживается пружиной 3, а золотник гидрораспределителя 4 установлен в «нейтральное» положение.

При встрече со штамбом растения 6 щуп 2 поворачивается и перемещает золотник гидрораспределителя 4. Масло от насоса поступает в што-ковую полость гидроцилиндра 5, а из поршневой полости идет на слив. Рабочий орган 1 выводит-

в

естник АПК

Ставрополья

№ 4(16), 2014

Агроинженерия

81

ся из ряда растений. Возврат рабочего органа 1 в ряд растений происходит после поворота щупа 2 против часовой стрелки под действием пружи-

ны 3. Масло от насоса гидросистемы трактора подается в поршневую полость гидроцилиндра 5, а из штоковой полости направляется на слив [2].

1 - рабочий орган (лапа); 2 - щуп; 3 - пружина щупа; 4 - гидрораспределитель; 5 - гидроцилиндр; 6 - штамб виноградника

Рисунок 1 - Схема системы поворота лап

Перемещение поворотной лапы в процессе работы культиватора осуществляется в два этапа - вывод лап из ряда виноградника и возврат в него. При каждом цикле образуется необработанная площадь почвы в зоне ряда [3].

Площадь необработанной зоны можно представить в виде эллипса 5 = п аЬ,

где а - половина расстояния, пройденного культиватором за время отвода лапы, м; Ь - отклонение лапы от ряда при ее отводе, м.

Для вывода лапы из ряда и возврата ее в ряд используют гидроцилиндр Ц-75 и гидравлический насос НШ-32, обеспечивающий подачу масла WH = 68,6 л/мин.

Определяют расстояние 2а

пё 2 Ко XV р

2а --0—р,

4ШН

где С - диаметр поршня гидроцилиндра, м; К0 - число ходов поршня гидроцилиндра; X - ход поршня, м;

ур - скорость рабочего движения культиватора, м/с; WH - подача гидравлического насоса, м3/с.

При сС = 0,065 м, К0 = 2, X = 0,05 м, ур = 1,5 м/с, WH = 0,00114 м3/с

„ 3,14• 0,0652 • 2 • 0,05• 1,5

2а - —-----— = 0,44 м.

4 • 0,00114

Тогда

5 = паЬ - 3,14 • 0,22 • 0,1 = 0,069 м2. Суммарная площадь защитной зоны на единице площади поля

с = 2• 104А ..2,

5з =—г

Ьм

где А - ширина защитной зоны, м Ьм - ширина междурядья, м.

При А = 0,1 м, Ьм = 3 м

2 • 10000 • 0,1

Долю необрабатываемой площади защитной зоны определяют по формуле

Н -

104 5

100 %,

Ьм е5з

где е - расстояние между кустами в ряду, м. При е = 1,5 м

10000 • 0,069

Н =

-• 100 - 23,0 %,

м2/га,

3-1,5 • 666,7

При е = 2,0 м Н = 17,2 %.

Для полной обработки почвы в защитной зоне рядов предложен культиватор виноград-никовый с кольцевым рабочим органом.

На брусе 1 (рис. 2) культиватора установлены секции 2 с размещенными на них стрельчатыми лапами 4 с углом крошения а = 00 и прутковые катки 14.

На крайних секциях 2 (а) сзади стрельчатых лап 4 установлены устройства, выполненные в виде конического кольца 6, заточенного по окружности с режущей частью 7.

Ширину «с» конического кольца 6 (б) определяют, используя зависимость с<0,5Н,

где Н - глубина обработки почвы у ряда растений, м.

При Н = 0,05 м с < 0,5 • 0,005 < 0,025 м.

Принимаем с = 25 мм.

Такая ширина конического кольца 6 позволяет перемещаться ему ниже центра тяжести подрезаемого пласта почвы. Это обеспечивает рыхление почвы без ее сдвига в зоне расположения растений [4]. Толщина кольца 4...5 мм.

Угол наклона конического кольца 6 к горизонтальной плоскости определяют исходя из условия, что глубина обработки почвы у рядка растений Н = 0,05 м, а на границе защитной зоны, то есть на расстоянии А = 0,1 м от ряда, не должна быть меньше Н1 = 0,025 м [5].

Исходя из этого:

1ё(3<^ = °,°5:°,°25 <0,25.

5з =:

- 666,7 м2/га.

А

0,1

Тогда р = 140

82

Еже!кв.артальный^..,

D Ставрополья

научно-практическии журнал

б

Рисунок 2 - Схема культиватора виноградникового:

а - культиватор; б - устройство для обработки почвы в защитной зоне; 1 - брус; 2 - секция; 3 - грядиль; 4 - стрельчатая лапа; 5 - ряд растений; 6 - коническое кольцо; 7- режущая часть; 8 - спица; 9 - подшипниковый узел; 10 - поперечина; 11 - ползун; 12 - стойка лапы; 13 - пружина; 14 - каток прутковый; 15 - образующая конического кольца; 16 - штамб

Угол а образующей 15 конического кольца 6 определяется углом наклона кольца к горизонтальной плоскости р. При р = 14° а = 14°.

Это обеспечивает вертикальное положение образующей кольца 6 на линии рядка растений 5 и исключает тем самым повреждение их при перекатывании кольца 6 по штамбу 16.

Диаметр «С» конического кольца 6 должен обеспечивать обработку защитной зоны, перекрытие впереди идущей плоскорежущей стрельчатой лапы и выход режущей части на поверхность в центре кольца.

B =

3,0 - 0,2 + (7 +1) • 0,04 7

= 0,445 м.

Исходя из этого h

d = 2-

2 0,05 0 4 2--= 0,4 м.

sin в 0,25 Ширина захвата плоскорежущей стрельчатой лапы 4

bM - 2А + (n + 1)p

B =

n

где п - число плоскорежущих стрельчатых лап на культиваторе, шт; р - перекрытие, м; А -защитная зона, м.

При Ьм = 3,0 м, п = 7, р = 0,04 м, А = 0,1 м

Принимаем В = 0,45 м = 450 мм.

Диаметр «Б» пруткового катка 14 определяют по формуле

в=-®-

где у = 35° - угол раствора лезвий плоскорежущей стрельчатой лапы 4.

450

Тогда В --- 321,4 мм.

2tg350

Принимаем Б = 320 мм.

В процессе движения культиватора под действием реакции почвы коническое кольцо 6 вращается, подрезая сорняки и рыхля почву в защитной зоне шириной «А». При этом оно может заходить за линию рядка, а при встрече со штамбом растения 16 перекатывается через него, используя пружину 13. Из-за равенства углов а = р боковая поверхность конического кольца 6 у ряда располагается вертикально, что исключает подрезание культурных растений. Создается возможность работы на повышенных скоростях.

в

естник АПК

Ставрополья

№ 4(16), 2014

Агроинженерия

83

При работе конического кольца 6 почва движется в радиально-расходящихся направлениях. Предельное состояние достигается путем ее растяжения, что в соответствии с теорией Кулона - Мора существенно меньше, чем при сжатии [6].

Тяговое сопротивление поворотной лапы Fn определяют по зависимости [1]

F = кЪл(Ш +1 • sin а)(1 + tgф • sin а) +

+(Ълl sin а + tch)pvр

где к - удельное сопротивление почвы, Н/м2; Ьл - ширина захвата лапы, м; гл - толщина лезвия лапы, м; tc - толщина стойки, м; l - ширина грани лапы, м; а - угол крошения лапы, град; ф - угол трения почвы по стальной поверхности, град;

р - насыпная плотность почвы, кг/м3; h - глубина хода лапы, м.

Определим Fn при к = 30000 Н/м2, Ьл = 0,22 м, tn = = 0,002 м, l = 0,06 м, а = 22°, tc = 0,016 м, р = 1000 кг/м3, h = 0,06 м, V = 2,0 м/с:

Fa = 30000 • 0, рр(0,002 + 0,06 sin рр°) х

х(1 + tg26° sin рр°) + (0, р • 0,6 sin рр° + 0,016 • 0,06) X

х 1000 • Рр = 190,8 + 21,3 = 212,6Н. Fn = 212,6 Н.

Тяговое сопротивление конического кольца FK складывается из силы, идущей на подрезание пласта почвы, на разъединение связанных между собой частиц почвы Fp, сопротивления почвы деформации F„, силы, на преодоление инерции кольца F„, силы трения FT, силы затрачиваемой на подъем подрезаемого пласта почвы и отбрасывание его F0, сопротивления, вызванного статическим давлением подрезанного пласта почвы Fc [7].

2

Fp = Kpbn = -3 KpR,

где Кр - удельная сила резания, Н/м;

Ьп - ширина подрезаемого пласта почвы, м; R - радиус кольца, м.

Литература

1. Халанский В. М., Горбачев И. В. Сельскохозяйственные машины. М. : Колос, 1994.

2. Хмелев П. П., Тярин Г. Г., Душкин А. И. Механизация работ в виноградарстве. М. : Агропромиздат, 1991.

3. ЭБС «Универсальная библиотека ONLINE».

4. Агромехтехнология полей юга России / А. Ф. Бурбель, А. Н. Белан, Б. А. Землян-ский, А. С. Найденов. Ейск, 1996.

5. Руденко Н. Е., Кулаев Е. В., Руденко В. Н. Механизация растениеводства : монография / под общ. ред. Н. Е. Руденко ; СтГАУ. Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2014.

^Д — к — /м ек —-ек —-

д д п ^Р ,

где р - угол наклона кольца к поверхности почвы, град.

,2

Fo =-

1 Rcpv р 3 cos р

F„ = та R =

2«_ mVP

4n2R

где m - масса кольца в сборе, кг;

ю - угловая скорость вращения кольца, с-1.

Ввиду небольшой толщины кольца статическое давление подрезаемого пласта почвы незначительно и силу Fc можно не учитывать [8].

Тогда:

FK=2 к л++^ceri++

к 3 р 3cosР 3cosР 4%2R

1 %Rck . 2 ^ „ 2Rck +---tgrn = — Кр R +-x

9 cosp 3 p 3cosp

1 n 2n/ cp m , 6 F 3cosp 4 л2 R

Определим FK при Kp = 180 Н/м, ф = 26°, k = = 30000 Н/м2, m = 3,5 кг, vp = 2,0 м/с.

^ 2.0__,, 2• 0,2• 0,025• 30000 „ 1 . . .

FK =-180 • 0,2 +-----(1 + -•3,14 x

K 3 3cos14° 6

0,025 • 1000 3cos14°

xtg26°) + 22 • 0,2(-

+-3,5-T) = 24,0 +129,9 + 8,3 = 162,2Н.

4 • 3,142 • 0,22

FK = 162,2 Н.

Культиватор с коническими кольцами может работать на скорости не менее 2 м/с, что на 20...25 % повышает производительность, причем при полной обработке почвы в защитных зонах.

Тяговое сопротивление нового рабочего органа по сравнению с поворотной лапой снижается на 31,0 %.

References

1. Halansky V. M., Gorbachev I. V. Agricultural machinery. M. : Kolos, 1994.

2. Khmelev P. P., Tyarin G. G, Dushkin A. I. Mechanizationinviticulture. M.: Agropromizdat, 1991.

3. FBS «Universal Library ONLINE».

4. Agromeh-technology fields in southern Russia / A. F. Burbelo, A. N. Belan, B. A. Zemlyanskiy, A. S. Naydenov. Yeisk, 1996.

5. Rudenko N. E., Kulaev E. V., Rudenko V. N. Mechanization of Plant : monograph / under the total. Ed. N. E. Rudenko ; SSAU. Stavropol : Agrus, 2014.

84

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

6. Панов И. М. Выбор энергосберегающих способов обработки почвы // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1990. № 8.

7. Руденко Н. Е. Технологические и силовые характеристики почвообрабатывающих рабочих органов. Ставрополь : АГРУС Ставрополького гос. аграрного унта, 2014.

8. Кленин Н. И., Сакун В. А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М. : Колос, 1994.

9. Руденко Н. Е., Кулаев Е. В., Горбачев С. П. Анализ технологических схем заделки семян в почву при посеве // Вестник АПК Ставрополья. 2011. № 4 (4). С. 46-47.

6. Panov I. M. The choice of energy-saving methods of tillage // Tractors and agricultural machinery. 1990. № 8.

7. Rudenko N. E. Technological and power characteristics of tillage working bodies. Stavropol : Agrus, 2014.

8. Klenin N. I., Sakun V. A. Agricultural and Reclamation Machines. M. : Kolos, 1994.

9. Rudenko N. E., Kulaev E. V., Gorbachev S. P. analysis of technological schemes of seeding into the soil at sowing // Agriculture bulletin of Stavropol Region. 2011. № 4 (4). S. 46-47.