Обоснование расстояния между плоскими дисками пропашного культиватора Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.3

10.18286/1816-4501-2016-3-174-178

ОБОСНОВАНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ПЛОСКИМИ ДИСКАМИ ПРОПАШНОГО КУЛЬТИВАТОРА

Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности»

Зыкин Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехно-логии, машины и безопасность жизнедеятельности»

Лазуткина Светлана Александровна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА

432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1; тел.: 8(8422)55-95-95; е-таИ: [email protected]

Ключевые слова: технология, посев, почва, культивация, междурядья Предложен пропашной культиватор, оснащенный комбинированными рабочими органами, позволяющий за один проход качественно выполнить уход за посевами с полной обработкой защитных зон возделываемых культур. Обоснованы дальность отбрасывания почвы и расстояние между плоскими дисками, расположенных на соседних секциях пропашного культиватора для качественного присыпания сорных растений слоем почвы без ущерба для культурных растений.

Введение

В последние годы в мировой практике ярко прослеживается тенденция увеличения объемов нулевой обработки почвы и прямой посев. Однако известно, что при таком способе возделывания сельскохозяйственных культур повышается засоренность полей, что требует применения гербицидов и других средств защиты растений, стоимость которых существенно удорожает производство продукции.

При возделывании сельскохозяйственных культур большое значение придают разработке и внедрению почвозащитных технологий и комплексов противоэрозионных машин и орудий, а для снижения эксплуатационных затрат, повышения мобильности и сроков выполнения технологических операций приобретают широкозахватную почвообрабатывающую и посевную технику, в частности, комбинированные машины и агрегаты. Немаловажное значение для сохранения плодородия почвы и экологии имеет минимальное использование гербицидов или полный отказ от них.

Обеспечение энерго- и ресурсосбережения - обязательное требование, относящееся не только к технологиям, но и к по-

чвообрабатывающей и посевной технике. Новая техника должна требовать меньшего расхода ресурсов, как в процессе ее производства, так и в процессе ее эксплуатации [1, 2].

Уход за посевами пропашных культур при традиционной технологии возделывания предусматривает двух-трехкратную механизированную междурядную обработку либо обработку гербицидами. Ширину защитной зоны с каждой последующей обработкой увеличивают, в результате площадь не обработанной почвы также увеличивается. Применение гербицидов, кроме положительной стороны - уничтожение сорных растений на 70...80 %, имеет и отрицательную сторону - снижение урожайности возделываемой культуры до 15 %.

Объекты и методы исследований

С целью исключения указанных выше недостатков разработаны способ возделывания [3] и средства механизации для ухода за посевами пропашных культур [4, 5, 6, 7, 8, 9], позволяющие разрыхлить почву и подрезать сорные растения в междурядьях и защитных зонах рядков без применения экологически небезопасных гербицидов. При таком способе ухода за посевами достаточ-

1!

га еа »1

р и ш ■ !

Ой и

Рис

рабочие орган! 1 - Пропашной культиватор с предлагаемыми рабочими органами

но выполнить одну-две механизированные обработки междурядий.

Обработку междурядий выполняют пропашным культиватором (рис. 1), на каждой секции которого устанавливают два рабочих органа таким образом, чтобы их плоские диски были направлены в сторону рядка растений под острым углом, а крайние кромки крыльев стрельчатых лап расположены у нижнего основания исходного гребня почвы, сформированного при посеве (рис. 2).

При движении пропашного культиватора стрельчатые лапы 1 рыхлят почву на требуемую глубину и подрезают сорные растения, а плоские диски 2 сдвигают слой почвы, сходящий с крыльев стрельчатых лап, в сторону рядков растений, окучивая их и присыпая сорняки.

Результаты исследований

Для обеспечения качественного рыхления почвы и подрезания сорных растений

стрельчатыми лапами в междурядьях, а также присыпания сорных растений необходимым слоем почвы в защитной зоне рядка и на гребне почвы необходимо обосновать расстояние между вертикальными осями симметрии плоских дисков, а также размещение рабочих органов на соседних грядилях культиватора.

При движении пропашного культиватора с заглубленными рабочими органами вращающиеся плоские диски отбрасывают почву из междурядий в сторону культурных растений по параболической траектории (рис. 3).

Траектория полета частиц почвы, отброшенных плоским диском, характеризуется уравнениями в координатной форме:

> = V,0 t cos S,

z = v0 t sin S -

2

(1)

Рис. 2 - Рабочий орган пропашного культиватора: а - общий вид; б - вид сверху; 1 -стрельчатая лапа; 2 - стойка; 3 - кронштейн; 4 - фиксатор; 5 - регулировочный диск; 6 -отверстия; 7, 8 - болты; 9 - плоский диск

где va0 - скорость почвы, отброшенной плоским диском, м/с;

t - время перемещения почвы, с; £ - угол между поверхностью поля и направлением скорости vа0, град.;

д - ускорение свободного падения,

м/с2.

Выразив в уравнении (1) параметр t, подставив его в выражение для определения координаты z и выполнив соответствующие преобразования, получим уравнение, определяющее траекторию частиц почвы, отброшенных плоским диском:

У tg£

& У

О 2 2

2 V ооб б

(2)

Таким образом, траекторией частиц почвы является парабола, расположенная в плоскости z0y. Учитывая, что скорость отбрасываемой почвы изменяется от ^ = 0

Т7Г

до абсолютной скорости Vk за время t, то у отброшенной почвы возникает ускстр ение а, по направлению, совпадающему с ^ .

Необходимо учесть, чтобы максимальная дальность отброшенной почвы соответствовала расстоянию 040!/. В этом случае сорные растения в защитной зоне, а также на вершине гребня и его боковых сторонах будут присыпаны слоем почвы требуемой толщины. Если максимальная дальность отбрасывания почвы будет меньше расстояния 040!/, то сорные растения на гребне почвы останутся не присыпанными. Если максимальная дальность отбрасывания почвы будет больше расстояния 040//, то частицы почвы перелетают через исходный гребень почвы, при этом повреждаются культурные растения.

Из рисунка 3 следует, что отрезок О40//

является проекцией на плоскость у04г параболической траектории полета почвы. Тогда

г = У tgY

(3)

где у - угол естественного откоса исходного гребня почвы, сформированного при посеве, град.

Почва, отброшенная плоским диском, должна закончить движение в точке 0//. В этом случае ординаты г, определяемые уравнениями (2) и (3) будут равны. Следовательно,

У

& У

2 V2

соб2 £

= У ^У

(4)

Выразив абсциссу у из уравнения (4) и выполнив соответствующие преобразования, определим расстояние 040.// от вертикальной оси симметрии плоского диска (места отрыва почвы от плоского диска) до конечного пути траектории полета почвы:

У = ОД

//

V'

'' (Бт 2£ - 2 соб2 £ tgу)

& . (5)

Из рисунка 3 следует, что расстояние

(04б//)2 = (04гу + дТ)2, (6)

или, с учетом выражения (5):

I 'Ё = 0АТ// =

(БШ2£- 2СОБ2 £ tgY

- Н

(7)

Н б "т"

где Нг = ^ - высота исходного гребня почвы, сформированного при посеве, м.

Расстояние, м, между вертикальными осями симметрии плоских дисков, расположенных на соседних грядилях культиватора, при механизированном уходе за посевами пропашных культур

1!

га еа »1

р и ш £ И ;«1 М >1

Ой

Л = 2

^Е _ ^ ^ Е , (8)

где ^ к - расстояние между вертикальной осью симметрии плоского диска и продольной осью симметрии гребня почвы, сформированного при посеве, м.

Так как плоский диск при междурядной обработке установлен к направлению движения под углом атаки а, то в направлении, перпендикулярном направлению движения пропашного культиватора, отбрасываемая почва переместится на расстояние

i, = í, cosa = cosa

v^(sin2s-2cos e tgy

- h 2

(9)

Учитывая, что абсолютная скорость отброшенной почвы

2 vc cosa tga

v = —c-2—

2 cosP , (10)

то, подставив (9) в (8), а также с учетом выражения (10), определим расстояние между плоскими дисками, расположенными на соседних грядилях культиватора, при механизированном уходе за посевами пропашных культур:

L = 2cosa

2 vc cosa tga (sin2e-2cos2EtgY 2 g cos в

- H

, (11)

где ¡5 - угол трения, Р = агС^/;/- коэффициент трения почвы о стальной плоский диск.

Выводы

Таким образом, расстояние между плоскими дисками (вертикальными осями симметрии) рабочих органов, расположенных на соседних секциях пропашного культиватора зависит от скорости его движения, угла атаки плоских дисков, а также физико-механических свойств почвы.

Библиографический список

1. Закон плодосмена: экономическая и энергетическая эффективность севооборотов / В.П. Заикин, А.Е. Шамин, А.Ю. Лисина, Е.Е. Борисова // Вестник НГИЭИ. - 2016. - № 3 (58). 2016. - С. 72-80.

2. Осокин, В.Л. Методические вопросы объективной оценки потенциала энергосбережения / В.Л. Осокин, Б.В. Папков, В.А. Горохов // Вестник НГИЭИ. - 2016. - № 4 (59). 2016. - С. 98-106.

3. Пат. 2443094 Российская Федерация, МПК А01В79/02, А0^1/00. Способ возделывания пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». -№ 2010141211/13; заявл. 07.10.2010; опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6.

4. Курдюмов, В.И. Новый рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин, И.А. Шаронов // Сельский механизатор. - 2012. - № 11 (45). - С. 12.

5. Пат. 2507730 Российская Федерация, МПК А01В39/18. Пропашной культиватор / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина». - № 2012137736/13; заявл. 04.09.2012; опубл. 27.02.2014, Бюл. № 6.

6. Пат. 2507729 Российская Федерация, МПК А01В35/00. Пропашной культиватор / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина». - № 2012136083/13; заявл. 21.08.2012; опубл. 27.02.2014, Бюл. № 6.

7. Пат. 113908 Российская Федерация, МПК А01В33/00. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2011144995/13; заявл. 07.11.2011; опубл. 10.03.2012, Бюл. № 7.

8. Пат. 113910 Российская Федерация, МПК А01В39/00. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2011144994/13; заявл. 07.11.2011; опубл. 10.03.2012, Бюл. № 7.

9. Пат. 116001 Российская Федерация, МПК А01В39/20. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». - № 2012102388/13; заявл. 24.01.2012; опубл. 20.05.2012, Бюл. № 14.