CC BY
12
20.Finin, T. KQML as an agent communication language II Proceedings of the Third International Conference On Information and Knowledge Management. - New York: ACM Press, 1994.-456-463.
21.Shoham, Y. A dynamic theory of incentives in multi-agent systems II Proceedings of the Fifteennth International Joint Conference on Artifical Intelligence, 1997. - pp. 626-631.
22.Malone, T.W. Enterprise: a market like task scheduler for distributed computing environment II -Amsterdam: Elsevier Science BV, 1988. - pp. 177-205.
23.Rosenshein, J. Rules of Encounter: Designing Conventions for Automated Negociation Among Computers I - Cambridge MA: MIT Press, 1994
24.Castelfranchi, C.Dependence Relations Among Autonomous Agents II - Amsterdam: Elsevier North-Holland, 1991.
25.Городецкий, В.И. Планирование и составление расписаний автоматическое
удовлетворение ограничений на временную структуру процесса // «Проблемы информатизации». -№3-4. - 1994. - с. 49-55.
26.Sen, S. A formal study of distributed meeting scheduling // - Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. - pp. 256-289.
27.Neiman, D. Exploiting meta-level information in a distributed scheduling system // Proceedings of the Twelfth National Conference on Artificial Intelligence. - 1994. - pp. 394-400.
28.Morly, R. An Analysis of Plant Specific Dynamic Scheduler // Proceedings of the NSF Workshop of Dynamic Scheduling. - Florida. -1993.
29.Попов, Д.В. Информационная поддержка принятия решений при оперативном управлении оказанием услуг // Вестник УГАТУ. - Уфа: УГАТУ, 2009. - с. 103-114.
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА
Б01: 10.31618/Б8и.2413-9335.2019.2.65.268 Ильичёв Валерий Вячеславович
директор Института транспорта, сервиса и туризма,
НГИЭУ, Княгинино (Россия)
JUSTIFICATION OF THE MAIN PARAMETERS OF THE TILLAGE UNIT
Ilyichev Valery Vyacheslavovich,
director of the Institute of transport, service and tourism,
NGIEY, Knyaginino (Russia)
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены вопросы модернизации почвообрабатывающей техники для производства продукции растениеводства. Представлена конструктивно-технологическая схема многофункционального агрегата со сменными рабочими органами. Предложена математическая зависимость, позволяющая определить минимально допустимое расстояние между рядами плоскорежущих лап и дисковых секций, оптимальное значение которого для разрабатываемого агрегата составляет 0,50-0,55 м.
ABSTRACT
The article considers the problem of modernization of tillage equipment for the production of crop production. The constructive-technological scheme of the multifunctional soil-cultivating unit with replaceable working bodies is presented. A mathematical dependence is proposed to determine the minimum allowable distance between the rows of flat hoes and disk sections, the optimal value of which for the developed unit is 0,50-0,55 m.
Ключевые слова: почвообрабатывающий агрегат, безотвальная обработка почвы, пласт почвы, лапа плоскорежущая, дисковая секция.
Key words: tillage unit, primary non-moldboard tillage, soil layer, flat hoe, disk section.
Введение. Производство продукции растениеводства базируется на качественном выполнении механической обработки почвы, основными задачами которой являются оптимизация плотности и структурного состояния почвы, регулирование водно-воздушного и питательного баланса, обеспечение оптимальных условий для посева и дальнейшего развития растений. При разработке и совершенствовании почвообрабатывающей техники для условий европейской части Северо-Востока РФ необходимо учитывать, что для региона рекомендуется применение системы почвообработки,
предполагающей чередование безотвальной и отвальной основной обработки почвы. Широкое применение вспашки обуславливает использование
традиционных приёмов предпосевной
почвообработки, проведение которых требует наличия значительной номенклатуры технических средств.
Согласно принятой стратегии машинно-технологического развития сельского хозяйства России до 2020 года основным направлением модернизации техники для растениеводства является универсализация комбинированных почвообрабатывающих агрегатов [1]. Одним из способов решения данной задачи является оснащение технических средств комплектами сменных рабочих органов. Это позволяет быстро адаптировать их к изменяющимся задачам производства при существенном сокращении номенклатуры задействованной техники. Анализ
рынка почвообрабатывающей техники выявил отсутствие орудий, способных надежно и качественно выполнять основную безотвальную и предпосевную обработку почвы посредством одной машины [2-4]. В связи с этим актуальна разработка многофункционального агрегата для основной безотвальной обработки почвы и комплекса мелкой и поверхностной обработки почвы.
Целью работы является обоснование конструктивно-технологической схемы и основных параметров базовой модели
многофункционального агрегата, способного выполнять основную безотвальную обработку почвы и комплекс операций мелкой и поверхностной обработки почвы.
Под базовой моделью машины рассматривается агрегат, оснащённый основными, минимальными по числу выполняемых операций комплектами рабочих органов, позволяющими выполнять основную обработку почвы и комплекс операций поверхностной и мелкой обработки почвы на уровне агротехнических требований. При этом она должна быть основой для формирования путём оснащения её сменными адаптерами для дополнительной обработки почвы более узкоспециализированных вариантов агрегата, максимально адаптированных к задачам производства. В качестве адаптеров используются прикатывающие катки, штригель-бороны, гребнеобразующие корпуса и т.д.
Материалы и методы. Анализ конструкций почвообрабатывающей техники показал, что разработка агрегата, способного осуществлять
основную безотвальную и комплекс операций поверхностной и мелкой почвообработки, возможна при использовании принципа блочно-модульности его конструкции [5, 6]. С учетом этого предложена конструктивно-технологическая схема базовой модели почвообрабатывающего агрегата (патент РФ №2679700) со сменными рабочими органами: плоскорежущими лапами для выполнения основной обработки почвы на 14-25 см и культиваторными лапами для проведения мелкой и поверхностной обработки почвы на 6-14 см (рис.
1) [7].
Агрегат состоит из рамы, опорных колёс с механизмом регулировки глубины обработки, сменных рабочих органов: плоскорежущих лап или стрельчатых культиваторных лап, и дисковых секций. Дисковые секции используется совместно с обоими видами рабочих органов и имеют регулировку глубины обработки почвы и ступенчатую регулировку угла атаки посредством того, что кронштейны крепления имеют шарнирное соединение, позволяющее устанавливать их с разных сторон бруса [8].
Разработка почвообрабатывающей техники в навесном варианте предъявляет повышенные требования к компактности конструкции, для чего необходимо найти минимально допустимое расстояние между рядами рабочих органов, которое для плоскорежущих лап определяется скоростью и траекторией движения пласта почвы при сходе с лемеха. Расчёт траектории движения пласта почвы по лемеху выполнен по методике, согласно которой система координат расположена на рабочей поверхности лемеха [9].
а б в
1 - опорное колесо; 2 - механизм регулировки положения опорных колес; 3 - рама; 4 - лапы плоскорежущие; 5 - дисковые секции; 6 - кронштейн крепления дисковой секции; 7 - брус съёмный; 8 - лапы культиваторные
Рисунок 1. Схема почвообрабатывающего агрегата: а, б - плоскорежущие лапы и дисковые секции соответственно при минимальном и максимальном угле атаки; в - стрельчатые лапы и дисковые секции
при минимальном угле атаки
При движении плоскорежущей лапы на пласт почвы, поднимаемый ей, действуют силы (рис. 2, а): G - сила тяжести, Н; Pд - динамическое давление пласта, Н; F - сила трения пласта о лемех, Н; Л - реакция недеформированной почвы, Н. Условием перемещения почвы по лемеху лапы является положительная сумма проекции сил на ось ОХ. Для определения проекций силы тяжести на ось ОХ, найдем её составляющие Ыр и Ыу, действующие нормально соответственно плоскостям лемеха и сдвига пласта почвы:
.т в-Бтф .т
мц =-—, к,, =
Р Бт(Р+-ф) *
в-б1П @
(1)
Динамическое давление пласта можно найти по зависимости [10]:
р _ V - а - Ь-р - б1п р
Д д-5т(Р+-ф) '
(2)
где а - глубина обработки, м; Ь - ширина лемеха, м; V -скорость агрегата, м/с; ¥а -абсолютная скорость пласта, м/с; р - удельный вес почвы, Н/м3.
Для определения составляющей
динамического давления РЫ, действующей перпендикулярно плоскости лемеха, используем формулу
где в - угол крошения почвы, град.; у - угол сдвига, град., определяемый как
у = 90°- (в + ф + ф)/2.
Рк = Р,
Д- бы(р + -ф) =
V2-а-Ъ-р-Бт р
а
(3)
где ф - угол трения почвы о сталь, град.
а б
Рисунок 2. Схема сил при отрезании пласта почвы клином в продольно-вертикальной плоскости (а) и при движении его по рабочей поверхности лемеха плоскорежущей лапы (б)
Сила трения находится по выражению:
F = (^-^г^ + У2-а-Ь-р-5шР) - (4)
Реакция недеформированной почвы определяется как:
И = Б -авв =-р
вр БШТр '
(5)
Ов
где - площадь сдвига, м2, = к • Ь /sinу; вр - временное сопротивление почвы сжатию,
МПа; к - высота подъёма пласта, м, к = I • sinв.
В этом случае дифференциальное уравнение движения пласта по лемеху плоскорежущей лапы имеет вид
тёУх <И
V2 - а - Ъ - р - бЫр к -Ъ - авр Бт(Р + ^)
д - сгд(Р + ф)
— тд - бЫ р —
(т
тд-Бттр ^ V2-а - Ь - р-бЬп^ Кб1П(Р+Ф) д
Бт*ф )
При установке лемеха плоскорежущей лапы с углом раствора у к направлению движения (рис. 2, б) пласт почвы движется не перпендикулярно плоскости лемеха, а под некоторым углом п к нему (линияЛОг). С учетом этого, после преобразований получим:
(Шх ( бЫ В
-= V2 (---
йг \сгд(р + -ф)-1
бЫ р - ¡дф - бЫ ц
I
+
+з(
к - Овр Б1п(Р+-ф) _ ь9<р
Бт ф-а-р-1
51п(р+тр)
Ф) )' ( )
Сгруппировав слагаемые члены уравнения (7)
как
быв д =____
ад(р + ф)-1
\к-<Ув„ Б1п(Р+-ф)
В = а \—р-
I 5ттр-а - р -1
бЫ р - Ьдф - бЫ ц
бЫ р
I
БЬп'ф-Ьд<р-бЬПЦ 5т(Р+-ф)
]■ и
(6)
решив его при начальных условиях t = 0, Vx = 0, с учетом того, что за промежуток t, равный перемещению лемеха из т. О в тЛ, пласт почвы поднимается по плоскости сдвига до его верхнего обреза и проходит нормально лезвию в плоскости
дна борозды путь 1П, имеем выражение определения скорости пласта:
для
брошенного под углом к горизонту вд. Тогда дифференциальное уравнение полёта пласта почвы имеет следующий вид:
V* =
(А ■ У2+В) V ■ Бту ■
(8)
mdVz М
= 0
тйУу ' М
-тд .
(9)
Далее определим траекторию пласта почвы после схода с лемеха (рис. 3), как тела свободно
Рисунок 3. Схема для расчета траектории движения пласта почвы после схода с лемеха лапы
Дважды проинтегрировав первое уравнение (9), находим расстояние полета пласта почвы после схода с лемеха:
2 = 1 = УХ ■ собРД ■ Ь. (10)
Принимая, что в конечный момент пласт почвы опускается на дно борозды, т.е. У = -И, после интегрирования второго из уравнений (9) имеем:
Д ■ г- — + к = 0
(11)
Выразив из уравнения (10) переменную /, при подстановке в выражение (11) в итоге преобразований получим уравнение для определения расстояния Ь, м, на которое переместится пласт почвы относительно плоскорежущей лапы:
-^дМ-
I =
I У^ту-гдтр У\(А-У2+В\1-СО5 РДБ1ПР)
(12)
Уравнение (12) позволяет, зная параметры лемеха плоскорежущей лапы определить
расстояние между рядами плоскорежущих лап и дисковых секций.
Результаты. Для анализа полученной зависимости (12) выполнены графики влияния скорости V перемещения лемеха и его углов установки: крошения в (рис. 4, а) и раствора у (рис. 4, б) - на величину расстояния Ь между рядами рабочих органов при значениях переменных Ф = 35°; ф' = 45°; р = 14000 Н/м3; щ = 40°; у = 50°; в = 22°; I = 0,12 м; а = 0,20 м; Ь = 0,35 м; аер = 10500 Па [11].
Увеличение угла крошения в лемеха плоскорежущих лап приводит к существенному повышению величины Ь отброса пласта почвы после его схода с лемеха, что обусловлено в первую очередь возрастанием высоты подъема пласта лемехом. Увеличение поступательной скорости плоскорежущей лапы также приводит к возрастанию величины расстояния Ь, так с ростом скорости V до 3,1 м/с максимальное расстояние полета пласта повышается почти вдвое. При этом качество обработки почвы повышается с увеличением угла крошения, но возрастает возможность сгруживания почвы.
2
Рисунок 4. Графики зависимости расстояния Ь, м, полета пласта от скорости V, м/с, и углов установки лемеха: а - крошения в, град.; б - раствора у, град.
Влияние угла у раствора лемеха плоскорежущей лапы на расстояние отброса Ь пласта выражено менее ярко, так его рост при скорости 1,5 м/с с 35° до 60° повышает значение Ь на 36%, при скорости 3,1 м/с - на 29%. В то же время применение плоскорежущих лап с малыми углами раствора 2у обуславливает увеличение бокового отброса почвы.
Более выражено влияние на величину отброса повышение поступательной скорости
плоскорежущей лапы. В этом случае при постоянном значении у = 50° рост значения скорости с 1,5 до 3,1 м/с приводит к возрастанию расстояния Ь отброса почвы на 41%. Увеличение ширины лемеха лапы также повышает расстояние Ь отброса пласта почвы, но это происходит не так интенсивно как при росте угла крошения.
Расчёт минимально допустимого расстояния Ь между рядами плоскорежущих лап и дисковых секций при основной безотвальной обработке дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, выполненный согласно полученной зависимости (12) показал, его оптимальное значение составляет 0,50-0,55 м.
Заключение. Для определения минимально допустимое расстояние между рядами плоскорежущих лап и дисковых секций предложена математическая зависимость (13), которая позволяет рассчитать его для известных параметров плоскорежущей лапы и технологического процесса основной безотвальной обработки почвы.
Список литературы.
1. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года / Ю. Ф. Лачуга и др. М.: ФГНУ «Росинформагротех». 2009. 80 с.
2. Клочков А.В., Попов В.А. Современная сельскохозяйственная техника для
растениеводства. Горки: Белорусская ГСХА. 2009. 172 с.
3. Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. издание. Под общ. ред. В.М. Пронина. М.: ФГБНУ «Росинформагротех». 2013. 416 с.
4. Дёмшин С.Л., Владимиров Е.А. Разработка и результаты исследований комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока, 2008. №11. С. 229-235.
5. Talarczyk W., Zbytek Z. Uniwersalna кож^ик^ kultywatora podorywkowego 1 obsypnika do ziemmak6w // Zeszyty problemowe postкpуw шик ш1п^сИ. 2009 z. 543: 355-364 р.
6. Пат. 2540558 РФ, МПК А01В49/02. Комбинированное орудие для основной обработки почвы / Дёмшин С.Л., Андреев В.Л., Нуризянов Р.Р., Черемисинов Д.А. - №2012152592/13; заявл. 06.12.2012; опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4.
7. Пат. 2679700 РФ, МПК А01В49/02. Многофункциональный почвообрабатывающий агрегат / Дёмшин С.Л., Андреев В.Л., Черемисинов Д.А., Ильичёв В.В. - №2018110972; заявл. 27.03.2018; опубл. 12.02.2019 Бюл. № 5.
8. Андреев В.Л., Дёмшин С.Л., Ильичев В.В., Черемисинов Д.А., Юнусов Г.С. Многофункциональный почвообрабатывающий агрегат со сменными рабочими органами // Вестник НГИЭИ. 2018. №11 (90). С.87-102.
9. Дьяков В.П. Влияние параметров скоростных рабочих органов на качество обработки почвы // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. № 3. С. 19-21.
10. Синеоков Г. Н., Панов И. М. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение. 1977. 328 с.
11. Панов И.М., Ветохин В.И. Физические основы механики почв. Киев: Феникс. 2008. 266 с.
