CC BY
26
2. Gilis, M.B. Racional'nye sposoby vnesenija udobrenij [Tekst] /M.B. Gilis. - M.: Kolos, 1975. - 240 p.
3. Kombinirovannyj soshnik [Tekst] : patent RF № 2557109, S1, MPK A01S 7/20, 23.06.2015./A.N. Tsepljaev, V.V. Timoshenko, V.G. Abezin, V.A. Tsepljaev, A.N. Matasov.
4. Litvinov, M.A. Mehanizacija vnesenija udobrenij [Tekst] /M.A. Litvinov, N.M. Marchen-ko. - M.: Rossel'hozizdat, 1973. - 96 p.
5. Mineev, V.G. Agrohimija [Tekst] /V.G. Mineev. - M.: Izd-vo MGU, 2004. - 720 p.
6. Tibir'kov, A.P. Vlijanie polimernogo gidrogelja i uslovij mineral'nogo pitanija na urozhaj i kachestvo zerna ozimoj pshenicy na svetlo-kashtanovyh pochvah [Tekst] /A.P. Tibir'kov, V.I. Filin// Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obra-zovanie. - 2012. - №3 (31). - P. 66-70.
7. Tsepljaev, A.N. Analiz sushhestvujushhih tehnologij vnesenija sopolimerov i perspektivy ih ispol'zovanija [Tekst] / A.N. Tsepljaev i dr.// Nauchnye osnovy strategii razvitija APK i sel'skih territorij v uslovijah VTO: materialy Mezhdunarodnoj nauchno- prakticheskoj konferencii. - Volgograd: Volgogradskij GAU, 2014. -Vol. 3. - 488 p.
8. Tsepljaev, A.N. Teoreticheskoe opredelenie skorosti vozdushnogo potoka dlja podachi prorashhennyh semjan v semjaprovod [Tekst] / A.N. Tsepljaev, E.T. Rusjaeva //Izvestija Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2014.
- № 1 (33). - P. 212-216.
9. Olsson, N.O. Development of a new model grain drill [Tekst] / N.O. Olsson //Canadian Agricultural Engineering. - 1971. - 13, № 1. - P. 2-3.
10. Thompson, D.C.G. Monogerm seed [Tekst] / D.C.G. Thompson //Power Fatming. - 1972.
- 48, № 2. - P. 66-67.
E-mail: can_volgau@mail.ru
УДК 631.517:635.61
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УКЛАДКИ-РАСКЛАДКИ ПЛЕТЕЙ
ПРИ УХОДЕ ЗА БАХЧЕВЫМИ КУЛЬТУРАМИ
SUBSTANTIATION FOR THE POSSIBILITY OF VINE LAYING-LAYOUT WHILE TAKING CARE OF MELONS AND GOURDS
М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор И.С. Мартынов, кандидат технических наук, доцент
M.N. Shaprov, I.S. Martynov
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Бахчеводство в Российской Федерации - одно из крупнейших в мире. Основными зонами возделывания бахчевых культур является Нижнее Поволжье, Кубань и Северный Кавказ. Получение высоких урожаев в значительной мере зависит от качества ухода за посевами. В течение всего вегетационного периода должно быть проведено три-четыре междурядных обработки почвы и прополки сорняков в междурядьях и рядках. При третьей и особенно четвертой обработке плети разрастаются настолько, что затрудняют проезд агрегата по полю и возможность обработки почвы под плетями. Поэтому перед культивацией необходимо сместить плети с междурядья на рядок, а после обработки их надо сразу же разложить на междурядье. Для разработки машин для укладки плетей, обеспечивающих образование свободной зоны для эффективной работы культиватора и их последующей раскладки, рассмотрен процесс перемещения плетей рабочим органом и найдены условия, при которых этот процесс выполняется с их минимальным травмированием. Установлено, что плеть можно перемещать в заданное положение с минимальными повреждениями, если величина, определяющая расстояние от корня плети до точки контакта с ней рабочего органа, будет удовлетворять следующему условию nmin < n < nmax,. а траектория движения рабочего органа будет циклоида. Рабочими зонами являются участки траектории, соответствующие углу поворота рабочего органа от 2700 до 3600 для укладки плетей и от 1800 до 2700 для раскладки плетей.
Melon-growing in the Russian Federation is one of the largest in the world. The main areas of cultivation of melons and gourds is the Lower Volga region, the Kuban and the North Caucasus. Obtaining high yields is largely dependent on the quality of care for the crops. During the growing season three to four inter-row cultivation and weeding in the inter-rows and rows should be made. In the third and especially the fourth processing the vines grow so much that impede unit travel on the field and the possibility of cultivation under the lashes. Therefore, before the cultivation it is needed to shift the vine from the inter-row on row, and after the processing they must be laid onto the inter-row. To design the machines for laying the vines, providing a free zone forming for the effective operation of the cultivator and the following layout, the process of vines moving by the working body was reviewed and the conditions under which this process is performed with their minimal damage was found. It was established that the vine can be relocated to a pre-determined position with minimal damage, if the value determined by the distance from the root of the vine to the point of contact with its working body, will meet the following condition nmin < n < nmax. and the trajectory of the working body movement will a cycloid. The working areas are path sections, corresponding to the working body rotation corner from 2700 to 3600 for the vines laying, and from 1800 to 2700 for the vines layout.
Ключевые слова: бахчевые культуры, плеть, укладка, раскладка, травмирование, теребление.
Key words: melons and gourds, vine, laying, layout, damage, pulling.
Введение. Получение высоких урожаев при возделывании бахчевых в значительной мере зависит от качества ухода за посевами. Бахчевые культуры обладают своеобразными формами, размерами и физико-механическими свойствами. Поэтому для ухода за ними требуется выполнять ряд специфичных операций. В течение всего вегетационного периода должно быть проведены три-четыре междурядных обработки почвы и прополки сорняков в междурядьях и рядках. При третьей и особенно четвертой обработке плети разрастаются настолько, что затрудняют проезд агрегата по полю и возможность обработки почвы под плетями. Поэтому перед культивацией необходимо сместить плети с междурядья на рядок, а после обработки их надо сразу же разложить на междурядье. Раскладка плетей позволяет уменьшить взаимное затенение растений, улучшить их фотосинтетическую деятельность, а также снизить испарение влаги из почвы [1, 5]. Для частичного смещения плетей в междурядье с целью образования прохода трактора с культиватором разработан ряд плетеотводов как пассивного, так и активного типа [2]. В США выпускается машина для ориентации плетей поперед рядка при возделывании дыни [10]. С целью выявления возможности осуществлять укладку плетей для обеспечения образования свободной зоны для эффективной работы культиватора и возможности их последующей раскладки, был рассмотрен процесс перемещения плетей рабочим органом и найдены условия, при которых этот процесс выполняется с минимальным травмированием плетей.
Материалы и методы. Анализ предварительно проведенных опытов показал, что повреждаемость плетей, являющаяся основным критерием, характеризующим процессы укладки и раскладки, зависит от многих факторов. Наиболее серьезный вид повреждения плети - это ее выдергивание из почвы (теребление) или отрыв стебля от корня.
Целью работы было определение условий, при которых плеть может перемещаться рабочим органом в требуемое положение с минимальным ее травмированием.
Результаты и обсуждение. Для определения этих условий, рассмотрим процесс взаимодействия рабочего органа с плетью.
Пусть рабочий орган контактирует с плетью длиной L в точке С на расстоянии l1 от корня (рисунок 1а) и действует на нее силой N. Вектор этой силы направлен под углом в к участку плети СД.
С достаточной точностью можно считать плеть абсолютно гибким нерастяжимым стержнем (нитью). При перемещении плети по почве происходит ее смещение относительно рабочего органа. Для упрощения решения задачи будем считать, что форма плети остается неизменной. Такой режим движения принято называть стационарным.
ИЗВЕСТИЯ'
№ 2 (42), 2016
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Обозначим натяжение участка плети СД -Ж] , а участка АС - Ж2, то мы можем записать следующее уравнение
Ж] - Ж2 = (1)
где Етр. - сила трения, действующая на плеть при ее смещении относительно больше 900.
Значение силы трения равно произведению коэффициента трения плети о рабочий орган на величину осевого давления/тр,, которое определяется по формуле [4, 9]:
N1 = [Ж12 + Ж22 + 2 ЖхЖгсоъ^ +щ)]ш. (2)
Так как непосредственная связь между натяжением участков описывается формулой Эйлера Ж] = Ж2 ехр[/тр.(ж - Р-щ)], то уравнение (2) примет следующий вид:
где
N = кЖ2,
к = {1 + ехр [2/тр. (п-^-ц)] + 2ехр[/тр.(ж-в-ц)]со$(Р + п)}
1/2
Рисунок 1 - Схема взаимодействия рабочего органа с плетью: а) схема сил, приложенных к плети; б) схема перемещения плети
Натяжение на участке СД и АС равно сумме проекций всех сил, приложенных к данному участку:
^ = Ыт - ¥ини Ж2 = ¥' + ^яп^ + в + п) - ^сов^ + в + п). (3)
Здесь Ыт - реакция связи, приложенная в точке Д и направленная вдоль участка СД. Гин1 и Гин2 - центробежные силы инерции на участках СД и АС. Сила Гин1 направлена вдоль участка в сторону, противоположную действия силы Ыт, а сила Гин2 направлена по линии ДВ. ¥с2 - сила сопротивления перемещению по почве участка АС, направленная перпендикулярно к вектору силы Гин2 - сила сцепления, приложенная к плети в точке А. Причина возникновения этой силы различна. При укладке плетей - это сила сцепления сросшихся плетей соседних рядков, а при раскладке плетей - сила сцепления с почвой плетей, присыпанных при культивации и сила сцепления плетей друг с другом. В этом случае вектор силы сцепления может быть направлен под углом к плети и в уравнении (3) нужно брать составляющую вектора, параллельную участку АС плети.
Плеть будет перемещаться в заданное положение без повреждения, если реакция связи Ыт будет меньше усилия теребления Т или усилия Ро отрыва плети от корня: Ыт < Т(Ро).
Учитывая уравнения (1) и (3), это выражение будет иметь следующий вид:
т(Ро) > Гин1 + (1 ± к/тр)^' + + в + П) - ?ин2 С08(^ + в + П)]. (4)
Так как угловая скорость вращения плети вокруг точки Д мала, то для упрощения расчетов с достаточной точностью можно принять силы инерции, входящие в неравенство (4), равными нулю.
Примем также, что 11 = пЬ; 12 = (1 - п)Ь,
где п - коэффициент, показывающий, какую часть составляет отрезок длиной 11 от ее общей длины.
Общая масса плети т. Предполагая, что она коррелируется с длиной плети Ь, можно также принять, что масса т1 участка СД и масса т2 участка АС равны: т1 = пЬ; т2 = (1 - п)Ь.
Тогда сила сопротивления на участке АС равна:
РС2 = /С(1 - П)тЯ, (5)
где/с - коэффициент сопротивления перемещению плети по почве.
Подставим выражение (5) в неравенство (4) и решим его относительно п:
1±&/тР Р'+тд/с8т ф + р + г] -Г(Ро)
п > ---. (6)
(1 +(с/тр)яп(1/1 + 0 + у)тпд/с 4 7
Таким образом, плеть можно перемещать по почве без ее повреждения, если расстояние от корня плети до точки контакта с ней рабочего органа будет удовлетворять условию:
11 > птшЬ, (7)
где величина птп определяется по выражению (6).
С другой стороны, если взять слишком большое значение 11, то процесс перемещения плети может быть нарушен и плеть на участке СД не перемещается, а только происходит отгиб участка АС.
Для обеспечения выполнения условия, при котором перемещается вся плеть от вершины (точка А) до корня (точка Д), необходимо определить птах.
Силу сопротивления перемещению плети по почве ¥с можно представить в виде распределенной нагрузки интенсивностью g (рисунок 1б), то есть ¥с = gЬ.
251
Возьмем систему координат так, чтобы ось ординат проходила через точку О, тогда положение плети после перемещения описывается выражением, являющемся уравнением цепной линии [7, 8]:
Y= d ch(x/d). (8)
Тогда длина дуги А2Д, то есть длина плети L в этой системе координат равна L = d sh(ap/d).
Разделим обе части этого уравнения на ap^ обозначив L/ap = с, а ap/d = Б, получим следующее выражение sh£ = с Б.
Зная длину плети L и задаваясь величиной ap, определяем значение с, а затем по таблицам гиперболических функций определяем численные значения Б и d [3].
Тогда горизонтальная составляющая Н натяжения Q, которая определяется по выражению H = dq, будет равна
H = apq/Б. (9)
Учитывая, что с достаточной точностью можно принять cosy = ap / L; a qL = Fc, натяжение плети равно
Q = Fc / Б. (10)
Таким образом, плеть займет требуемое положение, если при ее перемещении натяжение будет не менее величины, определяемой выражением (10).
В общем случае это натяжение создается силой сопротивления участка АС плети и силой трения Fmp плети о рабочий орган, если плеть смещается относительно рабочего органа при ее перемещении.
Необходимо выбирать такое направление движения рабочего органа, чтобы плеть минимально перемещалась относительно его. Это возможно, если рабочий орган будет двигаться по кривой СС1С2А2, что, конечно, очень сложно реализовать. Целесообразнее будет, если траектория движения рабочего органа будет ломаная линия СС2А2 или близкая к ней кривая.
В этом случае натяжение плети должно быть равно
Q = q(L - lmax) = Fc(1 - nmax), (11)
гДе nmax lmax / L.
Из этого уравнения, учитывая формулу (10), определяем максимальное значение nmax = (Б - 1) /Б.
Если плеть при ее перемещении смещается относительно рабочего органа, натяжение Q определяется по формуле:
Q = 0,5Fc(1 - nmax) ± Fmp. (12)
Учитывая уравнения (3), (10), (11) и сделав ряд преобразований, получим выражение для определения nmax в следующем виде:
_ 0,5Б l±fTpksin ф+р+г] -1 nmax 0,5Б 1±/трfcsin тр+р+г) . ( )
Как уже отмечалось выше, для снижения повреждаемости плети при воздействии на нее рабочего органа нужно, чтобы каждая ее точка перемещалась по дуге, радиусом близким к радиусу окружности. Такой кривой может быть циклоида (рисунок 2), описываемая уравнением
x = vt + rsmrnt Л
y = r/X + rcosrnt г (15)
где v - поступательная скорость движения орудия, r - расстояние от центра вращения рабочего органа до данной точки, X = u/v - соотношение окружной и поступательных скоростей.
ИЗВЕСТИЯ'
№ 2 (42), 2016
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Плеть при укладке и раскладке необходимо перемещать в среднем на угол равный 900. Значит и рабочий орган, вращаясь вокруг вертикальной оси, должен взаимодействовать с плетью на участке траектории, равном этому углу. Этот участок будет рабочей зоной. На остальном участке траектории рабочий орган уже не должен контактировать с плетью. Таким образом, траектория делится на два участка - рабочий и холостой.
Для определения участков траектории, на которых возможна укладка и раскладка плетей (то есть для определения рабочих зон) рассмотрим схемы на рисунке 2. Рабочий орган может располагаться своей осью вращения над рядком (рисунок 2а) или над серединой междурядью (рисунок 2б). Диаметр рабочего органа должен быть в обоих случаях равен ширине междурядья.
Анализ этих схем показывает, что минимальное повреждение плети при укладке и раскладке получают, когда центр вращения рабочего органа располагается над серединой междурядья, а рабочие зоны находятся на участках траектории, соответствующих углу поворота рабочего органа от 900 до 1800 для укладки плетей и от 1800 до 2700 для раскладки плетей.
Рисунок 2 - Схема для определения рабочих зон укладки и раскладки плетей при расположении оси вращения рабочего органа над: а) осью рядка; б) серединой междурядья 253
Но в зоне 900 ... 1800 , хотя и повреждение плети минимальное, но качество выполнения процесса укладки невысокое, так как плети, расположенные параллельно движению будут сминаться. Поэтому укладку наиболее целесообразно проводить в зоне от 2700 до 3600.
Заключение. Из всего вышесказанного следует, что плеть можно перемещать в заданное положение с минимальными повреждениями, если величина, определяющая расстояние от корня плети до точки контакта с ней рабочего органа, будет удовлетворять следующему условию nmin < n < nmax,. а траектория движения рабочего органа будет циклоида. Рабочими зонами являются участки траектории, соответствующие углу поворота рабочего органа от 2700 до 3600 для укладки плетей и от 1800 до 2700 для раскладки плетей.
Библиографический список
1. Авакян, А.Г. Биологические особенности роста и развития важнейших овощных и бахчевых культур [Текст]: автореферат дис. ... докт. биол. наук / А.Г. Авакян. - Ереван, 1964. - 42 с.
2. Белик, В.Ф. Бахчевые культуры [Текст] / В.Ф. Белик. - М.: Колос, 1975. - 270 с.
3. Вирченко, Н.А. Графики функций. Справочник [Текст] / Н.А. Вирченко, И.И. Ляшко, К.И. Швецов. - Киев: Наукова думка, 1979, - 320 с.
4. Иванов, М.Н. Детали машин [Текст] / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. - М.: Высшая школа, 2008. - 408 с.:, ил.
5. Колебошина, Т.Г. Новые агроприемы возделывания арбуза и их влияние на урожайность и качество плодов арбуза в условиях Волгоградского Заволжья [Текст] / Т.Г. Колебоши-на, С.И. Белов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 3 (39). - С. 60-64.
6. Комплексная механизация бахчеводства на основе инновационных технологий [Текст] / М.Н. Шапров, А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агроинженерного комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - №4 (12). - С. 172-178.
7. Основы теории упругости [Текст]: учебное пособие / В.Н. Барашков, И.Ю. Смолина, Л.Е. Путеева и др. - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2012. - 184 с.
В. Рекач, В.Г. Руководство к решению задач прикладной теории упругости [Текст] / В.Г. Рекач. - М.: Либроком, 2010. - 216 с.
9. Светлицкий, В.А. Передачи с гибкой связью [Текст] / В.А. Светлицкий. - М.: Машиностроение, 1967. - 154 с.
10. Grounds, R. Machines for melons the big step forward. / R. Grounds // W. Grower Shipper. - 1992. - Vol 43. - №8. - P.18-19.
Reference
1. Avakjan, A.G. Biologicheskie osobennosti rosta i razvitija vazhnejshih ovoshhnyh i bahchevyh kul'tur [Tekst]: avtoreferat dis. ... dokt. biol. nauk / A.G. Avakjan. - Erevan, 1964. - 42 p.
2. Belik, V.F. Bahchevye kul'tury [Tekst] / V F. Belik. - M.: Kolos, 1975. - 270 p.
3. Virchenko, N.A. Grafiki funkcij. Spravochnik [Tekst]/N.A. Virchenko, I.I. Ljashko, K.I. Shvecov. - Kiev: Naukova dumka, 1979, - 320 p.
4. Ivanov, M.N. Detali mashin [Tekst] / M.N. Ivanov, V.A. Finogenov. - M.: Vysshaja shkola, 2008. - 408 p.:, il
5. Koleboshina, T.G. Novye agropriemy vozdelyvanija arbuza i ih vlijanie na urozhajnost' i kachestvo plodov arbuza v uslovijah Volgogradskogo Zavolzh'ja [Tekst] / T.G. Koleboshina, S.I. Belov // Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2015. - № 3 (39). - P. 60-64.
6. Kompleksnaja mehanizacija bahchevodstva na osnove innovacionnyh tehnologij [Tekst] / M.N. Shaprov, A.N. Cepljaev, V.G. Abezin, V.A. Cepljaev // Izvestija Nizhnevolzhskogo agroinzhenernogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2008. - №4. - P. 172-178.
7. Osnovy teorii uprugosti [Tekst]: uchebnoe posobie / V.N. Barashkov, I.Ju. Smolina, L.E. Puteeva i dr. - Tomsk: Izd-vo Tom. gos. arhit.-stroit. un-ta, 2012. - 184 p.
8. Rekach, V.G. Rukovodstvo k resheniju zadach prikladnoj teorii uprugosti [Tekst] / V.G. Rekach. - M.: Librokom, 2010. - 216 p.
9. Svetlickij, V.A. Peredachi s gibkoj svjaz'ju [Tekst] / V.A. Svetlickij. - M.: Mashinostroenie, 1967. - 154 p.
10. Grounds, R. Machines for melons the big step forward [Tekst] / R. Grounds // W. Grower Shipper. - 1992. - Vol. 43. - №8. - P.18-19.
E-mail: m.shaprov@yandex.ru
УДК 631.356.4
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА
DEVELOPMENT AND SUBSTANTIATION OF POTATO HARVESTER DESIGN
Д.В. Скрипкин, кандидат технических наук, доцент В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор
D.V. Skripkin, V.G. Abezin
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Разработана конструкция картофелеуборочного комбайна, имеющего рабочие органы, включающие лемех и два вертикально установленных ножа, обеспечивающие подрезание пласта почвы в зоне междурядья как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости, на глубину залегания корнеплодов. Подрезанный пласт почвы разрушается почворазрушительным барабанам и отправляется на наклонный вальцовый транспортер, где происходит отделение клубней картофеля от частиц почвы с последующим направлением их на прутковый транспортер, который направляет их на скатной лоток при помощи плодозахватных лопастей. Данный комбайн обеспечивает комплексную механизацию уборки картофеля, от удаления ботвы и почвенных примесей из подрезанного слоя почвы до погрузки отсортированного картофеля в рядом идущее транспортное средство. Приводятся в статье теоретическое обоснование основных параметров картофелеуборочного комбайна, а именно приведены уравнения определения сил, действующих на рабочие органы, расхода мощности на трение диска о почвенный слой. Найдена зависимость объема и размера клубней их масса, а также выражение сопротивления перемещению частиц, трения в цапфах и скольжению вороха по роликам с сообщённой им кинетической энергией, а также частота вращения кулачковых механизмов.
A potato harvester design, having working bodies, which include a share and two vertically mounted coulters ensuring cutting of soil formation in the inter-row area, both in the horizontal and vertical area, to a depth of occurrence of root crops, was developed. The cut soil layer is destroyed by soil destroying drums and is sent to an inclined roller conveyor, which separates the potatoes tubers from the soil particles and then sending them to the raddle chain which directs them to a sloped tray using tubers grabbing blades. This harvester provides a comprehensive mechanization of potato harvesting, from the removal of foliage and soil contaminants from the cropped soil before loading of sorted out potatoes in the next coming vehicle. The article presents a theoretical basis the main parameters of the potato harvester, namely the authors give the equation determining the forces acting on the working bodies, the power consumption on the disc friction with soil. The authors found the dependence of tubers size and scope, their mass, as well as expression of re-substituted particle resistance, friction trunnion and slip heap on rollers with a kinetic energy of the already-reported to them, as well as cam mechanisms speed.
Ключевые слова: дисковые ножи, режущий аппарат, лемех, вальцовый транспортер, прутковый транспортер, встряхиватели, барабанный транспортер.
Key words: disk coulters, cutter bar, blade, roller conveyor, raddle chain, vibrator, drum conveyor.
