CC BY
12
Научная статья УДК 631.319.06
doi: 10.47737/2307-2873_2022_38_13
ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДИСКОВОЙ СЕКЦИИ ПРИ РАБОТЕ С КУЛЬТИВАТОРНЫМИ И ПЛОСКОРЕЖУЩИМИ
ЛАПАМИ
©2022. Сергей Леонидович Дёмшин1н, Алексей Юрьевич Исупов2, Даниил Игоревич Тимшин3,
1,2,3Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, Киров, Россия, 1 sergdemshin@mail.ru
Аннотация. Одним из способов повышения качества обработки почвы многофункциональными агрегатами является оснащение сменными адаптерами для выполнения завершающих технологических операций. При наличии в составе агрегата дисковых секций установка различных адаптеров приводит к изменению вертикальной нагрузки на диски, причем степень вариации напрямую зависит от типа рабочих органов адаптера. На стадии проектирования комплекта адаптеров необходимо знать диапазон параметров и режимов работы дисковой секции, при которых показатели качества обработки почвы соответствуют области оптимальных значений. Проведены экспериментальные исследования влияния конструкционно-технологических параметров дисковой секции на агротехнические показатели качества обработки почвы при совместной работе с культиваторными и плоскорежущими лапами. Реализован план эксперимента, позволяющий оценить влияние режима работы и параметров дисковой секции, таких как угол атаки а, вертикальная нагрузка N на дисковую секцию и междисковое расстояние I на показатели качества обработки почвы: крошение, гребнистость поверхности, неравномерность глубины обработки. Для проведения исследований изготовлена лабораторно-полевая установка, конструкция которой позволяет изменять выбранные параметры в необходимых пределах. Результаты опыта показали, что при работе с культиваторными стрельчатыми лапами, рационально, учитывая качество обработки почвы и особенности конструкции агрегата, использовать дисковую секцию при углах атаки 18-23 , междисковом расстоянии 230-280 мм и массе балластного груза 100-120 кг на метр захвата, при совместном функционировании с плоскорежущими лапами - при углах атаки 20-23°, междисковом расстоянии 270-330 мм и массе балласта 130-160 кг/м. Полученные данные позволяют на стадии проектирования рационально распределить силы, действующие на агрегат в продольно-вертикальной плоскости и подобрать параметры и режимы работы дисковых секций и адаптеров для дополнительной обработки почвы.
Ключевые слова: агрегат почвообрабатывающий, лапа плоскорежущая, лапа культива-торная, секция дисковая, планирование эксперимента, адаптер сменный почвообрабатывающий, показатели агротехнические.
Благодарности: Работа выполнена в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого» (тема № 07672019-0094).
Введение. Почвообрабатывающие ору- высокой универсальности: они выполняют дия с дисковыми сферическими органами ши- операции основной и предпосевной обра-роко распространены в земледелии вследствие ботки почвы, используются при осуществ-
лении технологий прямого посева [1, 2]. Процесс обработки почвы дисковой секцией в виде комплекта сферических дисков, жёстко закрепленных на оси, подробно изучен в середине прошлого века [3, 4, 5, 6]. В последние годы исследования по данной теме направлены на повышение эффективности работы дисковых секций посредством совершенствования конструкции и формы дисков, использование для изготовления дисков перспективных материалов, придания секции дисков дополнительного вращения или подтормаживания и т.д. [7, 8, 9, 10, 11]. Отдельным направлением работ является разработка комбинированных агрегатов с включением в состав дисковых рабочих органов [12, 13]. При этом, как правило, в процессе экспериментов дисковые секции изучаются как отдельно взятое орудие при работе по определенному агротехническому фону, либо непосредственно в составе агрегата, что не позволяет достоверно оценить влияние параметров и режимов работы дисковой секции на качество обработки почвы, предварительно обработанной другими рабочими органами.
В России разработка почвообрабатывающих агрегатов с дисковыми секциями началась во второй половине ХХ века [14]. Их технологическая схема предусматривала установку дисков впереди плоскорежущих или куль-тиваторных лап. В этом случае мелкие частицы почвы и пожнивные остатки, образующиеся после прохода дисков, при движении подрезающих лап проникают в нижние слои почвы, обогащая их органическим веществом и снижая эрозионные риски. Данные машины широко применяются в условиях недостатка влаги и ветровой эрозии в южных регионах РФ, в Казахстане и на Украине. В регионах с избыточным увлажнением преимущества этой схемы не столь значимы, и более выражена плохая заглубляемость дисковых органов при обработке переуплотненной почвы. В этих условиях дисковые секции перспективно располагать после стрельчатых лап, которые подрезают пласт почвы и частично рыхлят его, так как в
деформированный пласт почвы легче внедряются диски и измельчают его.
На основании вышеизложенного предложена конструктивно-технологическая схема агрегата для осуществления операций основной и предпосевной обработки почвы посредством одного технического средства, и разработан опытный образец агрегата МПА-2,2/3,0 [15, 16]. Основой его конструкции являются две дисковые секции и сменные рабочие органы - плоскорежущие лапы для выполнения основной почвообра-ботки на 14-25 см и культиваторные стрельчатые лапы для предпосевной почвообра-ботки на 6-14 см. Особенностью агрегата является то, что лапы устанавливаются впереди дисковых секций, жёстко закрепленных на раме, т.е. диски функционируют в почве уже взрыхленной лапами, подрезающими пласт почвы и формирующими ровное дно борозды. В этом случае нет необходимости соблюдения агротребований по вы-ровненности дна борозды после обработки дисковыми орудиями, что делает возможным применение дисковых секций с увеличенным междисковым расстоянием. Это решение перспективно для улучшения заглубления дисковых секций при работе на тяжелых пересушенных почвах, что характерно для зяблевой обработки стерни в условиях Евро-Северо-Востока России, когда веса агрегата недостаточно, и диски секций не могут достичь установочной глубины обработки [17]. Также при обработке почвы на глубину более 18 см увеличение потенциальной глубины обработки дисковыми секциями при совместной работе с плоскорежущими лапами позволит устранить плохо разрыхляемый горизонт почвы, находящийся по глубине между зоной рыхления дисков секции лущильника и зоной воздействия на почву от лемехов лапы. При этом существенно снизится забивание дисковых секций растительными остатками и почвой.
Установка сменных адаптеров для дополнительной обработки почвы на агрегат
МПА-2,2/3,0 обе спечит формирование его узкоспециализированных вариантов, в т.ч. для более качественной предпосевной подготовки почвы, для нарезания гряд под пропашные культуры и других операций, но при этом изменит условия работы дисковых секций, так как вертикальная нагрузка на нее существенно меняется в зависимости от типа почвообрабатывающих органов адаптера [18, 19].
Анализ развития многофункциональной почвообрабатывающей техники показал, что дисковые рабочие органы являются одними из наиболее востребованных по наличию в составе комбинированных агрегатов. Одной из проблем, ограничивающей их более широкое применение, является то, что рабочий процесс обработки почвы дисковыми секциями при технологической схеме агрегата, в которой они расположены за подрезающими лапами, не достаточно исследован.
Цель исследования - изучение влияния конструкционно-технологических параметров дисковой секции на агротехнические показатели качества обработки почвы при совместной работе с культиваторными и плоскорежущими лапами.
Методика. Проведенные испытания базовой модели агрегата МПА-2,2, укомплектованной секциями дисков диаметром 450 мм на общей оси с междисковым расстоянием 180 мм, показали достаточно высокое качество основной и мелкой обработки почвы [20]. Жёсткое крепление секций на раме обуславливает дополнительное заглубляющее усилие за счёт распределения на них части веса агрегата и достаточно точную его регулировку посредством изменения параметров навесной системы трактора и положения опорных колес агрегата.
При формировании возможного комплекта адаптеров в виде прикатывающих кат-
ков, штригель-борон, гребнеобразующих корпусов и т.д. уже на стадии проектирования необходимо знать диапазон параметров и режимов работы дисковых секций: угла атаки, вертикальной нагрузки и междискового расстояния, при которых показатели качества обработки почвы дисковой секцией соответствуют области оптимальных значений.
Для проведения экспериментов изготовлена лабораторно-полевая установка, аг-регатируемая с трактором МТЗ-82, конструкция которой позволяет имитировать рабочий процесс обработки почвы агрегата МПА-2,2/3,0 (рис. 1). На ее раму устанавливаются культиваторные лапы шириной захвата 330 мм в количестве 5 шт. или три плоскорежущие лапы шириной захвата 760 мм и дисковая секция (длина 1,5 м), шарнирное крепление которой на раме позволяет изменять угол атаки в диапазоне от 0 до 40°. Величина вертикальной нагрузки на оси дисковой секции регулируется сменными грузами. Междисковое расстояние - при помощи сменных втулок разной длины, причём секция на минимальном уровне (- 1) имеет 9 дисков, на нулевом уровне (0) - 7 шт., на максимальном уровне (+1) - 5 шт.
Для изучения совместного функционирования культиваторных и плоскорежущих лап с дисковыми рабочими органами реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для трёх факторов, позволяющий оценить влияние режима работы и параметров дисковой секции: угла атаки а, град, вертикальной нагрузки N кг, на дисковую секцию и междискового расстояния I, мм, на показатели качества обработки почвы (табл. 1).
1 - рама, 2 - опорное колесо, 3 - лапа культиваторная, 4 - кронштейн крепления дисковой секции, 5 - дисковая секция, 6 - балластные грузы Рис. 1. Лабораторно-полевая установка для мелкой обработки почвы: а - вид сбоку, б - вид сверху, в - при проведении исследований Fig. 1. Laboratory and field installation for fine tillage: a - side view, b - top view, c - during research
Исследования включали изучение совместной работы дисковых рабочих органов с плоскорежущими (основная обработка почвы) и культиваторными стрельчатыми (мелкая обработка почвы) лапами.
В качестве критериев оптимизации выбраны: У1 - крошение почвы (фракция менее 50 мм) плоскорежущими лапами и дисковой
секцией (Р50, %); У2 - крошение почвы (фракция менее 25 мм) культиваторными лапами и дисковой секцией (Р25, %); У3 - греб-нистость после прохода плоскорежущих лап и дисковой секции (АПл, мм); У4 - гребнистость поверхности поля после прохода культива-торных лап и дисковой секции (АКл, мм).
Таблица
Обозначение факторов, уровни и интервалы их варьирования
в
Код фактора Название фактора, его обозначение и единица измерения Уровень фактора Интервал варьирования
-1 0 +1
Xl Угол атаки а, град 10 20 30 10
Х2 Вертикальная нагрузка на дисковую секцию М, кг 80 160 240 80
хз Междисковое расстояние 1, мм 180 270 360 180
Местом проведения исследований явля- Северо-Востока (г. Киров). Почва участков лись поля опытного хозяйства ФГБНУ ФАНЦ дерново-подзолистая, среднесуглинистая,
рельеф - ровный. Первый этап исследований (основная обработка почвы) проводился по стерне ячменя, второй (мелкая обработка почвы) - по чистому пару (1,5 месяца после обработки агрегатом КПС-4+БЗСС-1,0).
Параметры почвы в ходе первого этапа исследований: влажность в слое до 20 см -18,9 %, твёрдость в слое 0-10 см - 1,78 МПа, 10-20 см - 2,73 МПа, 20-30 см - 2,80 МПа. Средняя длина пожнивных остатков 14,5 см. Установочная глубина обработки почвы плоскорежущими лапами 20 см. Скорость движения лабораторной установки 6,7 км/ч (4р передача МТЗ-82).
На втором этапе опыта: влажность в слое
0,94 МПа, 10-20 см - 1,39 МПа. Установочная глубина обработки культиваторными лапами 10 см. Скорость движения лабораторной установки 7,9 км/ч (5р передача МТЗ-82). Показатели условий проведения опытов определены в соответствии с ГОСТ 20915-2011.
Результаты. После реализации плана эксперимента на лабораторно-полевой установке, оборудованной плоскорежущими лапами и дисковой секцией, и обработки данных с помощью программ Microsoft Excel и Stat-grafics Plus 5.1 получены следующие модели регрессии, проверенные на адекватность по F-критерию Фишера (вероятность р = 0,95):
до 20 см - 15,3 %, твёрдость в слое до 10 см -
У1 = 69,2 + 5,25 х + 10,63х2 - 6,52-х/ + 5,25 - 5,27-х/ + 4,5-х2-х3,
2 г n .. .. I i -71 .. 2
(1)
Уз = 45,31 + 4,5-Х; + 5,75^хг х2 + 3,21-х/ - 5,0-х2-х3 + 3,7Ьх/. (2)
Для анализа уравнений регрессии (1, 2) нее 50 мм (У;) от угла атаки а дисковой сек-
построены трёхмерные графики зависимости содержания Р50 фракции почвы размером ме-
ции, вертикальной нагрузки N и междискового расстояния l (рис. 2).
а б
Рис. 2. Влияние угла атаки а, град., дисковой секции (xi) и вертикальной нагрузки N, кг, (х2) на содержание P50, %, фракции почвы до 50 мм при: а - l = 180 мм (х5 = 0); б - l = 360 мм (х5 = +1) Fig. 2. The influence of attack angle a, disk section deg., (x1) and vertical load N, kg, (x2) on the content of P50, %, soil fraction up to 50 mm at: а - l = 180 (х5 = 0); б - l = 360 mm (х5 = +1)
Изучение моделей регрессии (1, 2) показывает, что увеличение угла атаки а и вертикальной нагрузки N существенно повышает степень крошения почвы и глубину обработки дисковыми рабочими органами, повышение междискового расстояния I приводит к возрастанию глубины обработки и гребнистости почвы. В то же время при минимальных значениях
вертикальной нагрузки и угла атаки на участках почвы повышенной твёрдости имели место случаи полного выглубления дисковой секции. Наличие фракции частиц почвы размером менее 50 мм имеет максимум при углах атаки в диапазоне 23-25 и максимальной вертикальной нагрузке, равной 240 кг. При этом с увеличением угла
атаки, нагрузки на дисковую секцию и междискового расстояния существенно уменьшается толщина необработанного слоя почвы, но возрастает гребнистость поверхности и количество комков почвы размером более 50 мм в верхнем слое.
Точное определение глубины обработки стерни дисковыми секциями путем замера не представляется возможным, так как граница
взрыхленной ими почвы не имеет четкой линии вследствие гребнистого рельефа дна борозды. Поэтому для сравнения качества обработки почвы исследуемыми рабочими органами с различными комбинациями выбранных факторов применялась визуальная оценка поперечно-вертикальных срезов обработанной почвы (рис. 3).
а б
Рис. 3. Почвенный срез на глубину обработки после прохода плоскорежущих лап и дисковой секции: а - а = 10 (хД N = 80 кг (х2), l = 270 мм (х5); б - а = 30 (х1), N = 240 кг (х2), l = 360 мм (х5) Fig. 3. Soil cut to the processing depth after the passage of the flat-cutting paws and the disk section: a - а = 10° (xj), N = 80 kg (x2), l = 270 mm (x3); b - а = 30° (xj), N = 240 kg (x2), l = 360 mm (x3)
Визуальное изучение снимков почвенных срезов подтвердило ранее сделанные предположения о том, что увеличение междискового расстояния, при прочих равных условиях, существенно повысит глубину обработки дисковыми органами вследствие возрастания вертикальной нагрузки на отдельный диск секции и уменьшения общей площади опорной поверхности секции. В то же время при максимальных значениях междискового У2 = 78,61 + 4,0-х; + 5,5-х2 - 2,25
У4 = 19,5 - 3,05-х; - 1,53-х2 -
Для исследования уравнений регрессии (3, 4) построены трёхмерные графики зависимости содержания Р25 фракции почвы размером менее 25 мм (У2) от междискового расстояния I, угла атаки а и массы балластного груза N (рис. 4). Анализ поверхностей отклика показывает, что до определенного момента возрастание исследуемых факторов приводит к повышению степени крошения и глубине обра-
расстояния и угла атаки секции наблюдается некоторое снижение степени крошения почвы.
Второй этап исследований включал реализацию плана эксперимента (табл.) по изучению совместной работы культиватор-ных лап и дисковых рабочих органов в виде секций. Данные опыта обработаны с помощью программ Microsoft Excel и Statgrafics Plus 5.1 и получены следующие модели регрессии (вероятность р = 0,95):
•х3 + 3,0-х^х2 - 4,58 х2 - 4,08-х32, (3)
1,28х3 + 1,95-х2-х3 + 3,5-х32. (4)
ботки почвы, а при достижении значений междискового расстояния 200-230 мм и массы груза 160-200 кг содержание фракции почвы менее 25 мм снижается. Это происходит вследствие того, что в большей части диапазона исследуемых факторов глубина обработки дисковыми секциями превышает глубину хода культиваторных лап на величину до 30 мм, что обуславливает вынос
нижних слоёв почвы, необработанной культи-ваторными лапами, хотя их установочная глубина обработки близка к максимальной (12 см). Наибольшее влияние на заглубление
дисковых секций оказывают увеличение междискового расстояния и массы балласта, что негативно влияет на крошение почвы и гребнистость.
а б
Рис. 4. Влияние угла атаки а, град., (х{), вертикальной нагрузки N, кг, (х2), и междискового расстояния l, мм, (х5) на содержание P25, %, фракции частиц почвы до 25 мм при: а - l = 270 мм (х5 = 0); б - N = 160 кг (х; = 0) Fig. 4. Influence of the angle of attack a, deg., (xj), vertical load N, kg, (x2), and inter-disk distance l, mm, (x3) on the content of P25, %, fraction of soil particles up to 25 mm at: а - l = 270 mm (х5 = 0); b - N = 160 kg (х; = 0)
На повышение гребнистости при минимуме нагрузки и угла атаки также влияет то, что почва взрыхлена культиваторными лапами, и диски секции сравнительно хорошо заглубляются, формируя продольные бороздки
глубиной до 50 мм (рис. 5). В то время, как на среднем уровне факторов поперечный отброс почвы дисками является более интенсивным, что уменьшает величину греб-нистости.
б
а
Рис. 5. Вид участка (а, в) и почвенный срез (б, г) после обработки культиваторными лапами и дисковой секцией: а, б - а = 10 (х1 = -1), N = 160 кг (х2 = 0), l = 360 мм (х3 = 1);
в, г - а = 20° (х1 = 0), N = 160 кг (х2 = 0), l = 270 мм (х3 = 0) Fig. 5. View of the site (a, c) and soil section (b, d) after treatment with cultivator paws and a disk section: a, b - а = 10° (х1 = -1), N = 160 kg (х2 = 0) , l = 360 mm (х3 = 1); c, d - а = 20° (х1 = 0), N = 160 kg (х2 = 0), l = 270 mm (х3 = 0)
В целом результаты экспериментов подтверждают характерные особенности рабочего процесса дисковых секций, выявленные исследованиями В.Ф. Стрельбицкого [5] и других ученых. В частности, то, что глубина обработки почвы существенно повышается при увеличении угла атаки дисковых секций и вертикальной нагрузке на них. При этом значения требуемого веса балластного груза при совместной работе с культиваторными лапами ориентировочно на 15-25 % ниже, чем при предпосевной обработке почвы отдельно взятой дисковой секцией; для плоскорежущих лап - не менее чем на треть.
При проектировании адаптеров для данного варианта агрегата необходимо иметь в виду, что дисковая секция имеет шарнирное крепление на раме установки, обуславливая, тем самым, её высокую заглубляемость. Агрегат МПА-2,2/3,0 отличает жёсткое крепление дисковых секций на раме, что препятствует неконтролируемому изменению заданной глубины обработки дисковыми секциями.
Наиболее приемлемые значения глубины обработки (8-12 см) дисковые рабочие органы показали при углах атаки до 15 и массе балласта не более 80 кг/м, но при шарнирном способе крепления дисковой секции на раме. Содержание фракции почвы до 25 мм достигает
оптимума при угле атаки 30, междисковом расстоянии 250-270 мм и массе балластного груза 160-180 кг, что примерно соответствует и оптимальным значениям гребнистости поверхности. Результаты эксперимента с учётом того, что жёсткое крепление дисковых секций ограничивает и позволяет достаточно точно регулировать глубину погружения дисков в почву, а увеличение угла атаки дисковой секции повышает энергоёмкость поч-вообработки и габариты агрегата, позволяют определить диапазоны рациональных конструкционно-технологических параметров дисковых секций агрегата со сменными рабочими органами для мелкой обработки почвы: угол атаки 18-23, междисковое расстояние 230-280 мм и масса балласта 100-120 кг/м.
Вариантов комбинаций рабочих органов базовой модели агрегата и сменных адаптеров имеется достаточно большее количество, и при выборе из них наиболее перспективных для практического применения нужно руководствоваться принципом минимальной достаточности, а также их соответствию агротехническим требованиям на выполнение операций. При проектировании сменных адаптеров необходимо учитывать выявленные в процессе эксперимента диапазоны ра-
циональных значений конструкционно-технологических параметров, что обеспечит наиболее эффективное использование дисковых рабочих органов в составе агрегата.
Выводы. 1. Для изучения влияния конструкционно-технологических параметров дисковых рабочих органов многофункционального почвообрабатывающего агрегата (угол атаки, вертикальная нагрузка на дисковую секцию и междисковое расстояние) на агротехнические показатели качества обработки почвы (крошение, гребнистость, глубина обработки) реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для трёх факторов.
2. Полученные данные позволяют на стадии проектирования рационально распре-
делить силы, действующие на агрегат в продольно-вертикальной плоскости и подобрать параметры и режим работы дисковых секций и адаптеров для дополнительной обработки почвы. Выявлено, что при работе с культиваторными лапами рационально, учитывая качество обработки почвы и особенности конструкции агрегата, использовать дисковую секцию с углами атаки 18-23, междисковым расстоянием 230-280 мм и массой балласта 100-120 кг на метр захвата; при работе с плоскорежущими лапами - при углах атаки 20-23°, междисковом расстоянии 270-330 мм и массе балластного груза 130160 кг/м.
Список источников
1. Клочков А.В., Попов В.А. Современная сельскохозяйственная техника для растениеводства. Горки: Белорусская ГСХА. 2009. 172 с.
2. Теслюк Г.В., Волик Б.А., Сокол С.П., Кобець О.М., Семенюта А.М. Грунтообробш агрегати на основi дис-кових робочих оргашв: Монографш. Дншропетровськ: ТОВ «Акцент ПП», 2016. 144 с.
3. Синеоков Г.Н. Дисковые рабочие органы почвообрабатывающих машин. М.: Машгиз, 1949. 86 с.
4. Стрельбицкий В.Ф. Дисковые почвообрабатывающие машины. М.: Машиностроение, 1976. 135 с.
5. Kepner R.A., Bainer R., Barger E. L. Principle of farm machinery, 3rd Edition. Westport:The AVI Publishing Company, Inc., 1978. 527 p.
6. Bernacki H., Haman J., Kanafoiski Cz. Agricultural Machines. Theory and Constracnion. Vol. 1. Washington, D. C., 1972. 883 p.
7. Макаров П.И. Технология и техника для гладкой вспашки почв. Казань: Казанский ун-т, 2000. 288 с.
8. Konovalov V.I. Justification of design parameters of a disk working body with a changing radius of curvature // E3S Web of Conferences 193, 01014 (2020). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019301014
9. Кобяков И.Д., Союнов А.С. Исследование шестилезвийного дискового рабочего органа почвообрабатывающих орудий // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 2008. № 12. С. 21-22.
10. Акимов А.П., Константинов Ю.В.. Оптимизация параметров и режимов функционирования дисков почвообрабатывающих машин и орудий. Чебоксары: Изд-во Чувашской ГСХА, 2017. 136 с.
11. Upadhyay G., Raheman R. Performance of combined offset disc harrow (front active and rear passive set configuration) in soil bin // Journal of Terramechanics, 2018; 78: 27-37. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2018.04.002
12. Жук А. Ф. Новые дисколаповые агрегаты // Труды ГОСНИТИ. 2013. № 1. С. 167-170.
13. Talarczyk W., Zbytek Z. Uniwersalna konstrukcja kultywatora podorywkowego i obsypnika do ziemniakôw // Zeszyty problemowe postкpуw nauk rolniczych. 2009 z. 543: 355-364 р.
14. Жук А.Ф., Ревякин Е.Л. Развитие машин для минимальной и нулевой обработки почвы. М.: Росинформа-гротех, 2007. 156 с.
15. Многофункциональный почвообрабатывающий агрегат: пат. 2679700 Рос. Федерация, № 2018110972; за-явл. 27.03.2018; опубл. 12.02.2019, Бюл. № 5. 10 с.
16. 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.
17. Козлова Л.М., Попов Ф.А., Носкова Е.Н. Научно обоснованные подходы к выбору систем обработки почв в севооборотах для условий Евро-Северо-Востока РФ: метод. пособие. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2013. 35 с.
18. Алдошин Н.В., Васильев А.С., Кудрявцев А.В., Голубев В.В., Алипичев А.Ю. Результаты исследования предпосевной обработки почвы прутковым катком // Агроинженерия. 2020. № 2(96). С. 9-16. DOI: 10.26897/26871149-2020-2-9-16.
19. Бодалев А.П., Иванов А.Г., Костин А.В., Шкляев К.Л., Шкляев А.Л., Дерюшев И.А. Взаимодействие пружинных рабочих органов тяжелых зубовых борон с почвой // Вестник НГИЭИ. 2020. №1 (104). С. 16-30.
20. Дёмшин С.Л., Черемисинов Д.А., Остальцев В.П., Ильичёв В.В. Результата: исследования базовой модели многофункционального почвообрабатывающего агрегата // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2019. № 2(20). С. 172-182. DOI: 10.30766/2072-9081.2019.20.2.172-182
DISK SECTION OPERATION PARAMETERS AND MODES WHEN WORKING WITH CULTIVATOR AND FLAT-CTTTING HOES
©2022. Sergey L. Demshin1^, Aleksej J. Isupov2, Daniil I. Timshin3,
1,2,3Federal Agricultural Research Center of the North-East named N.V. Rudnitsky, Kirov, Russia, 1 sergdemshin@mail .ru
Abstract. One of the ways to improve the quality of tillage with multifunctioal units is to equip them with replaceable adapters to perform the final technological operations. If there are disk sections in the unit, the installation of various adapters leads to a change in the vertical load on the disks, and the degree of variation directly depends on the type of working bodies of the adapter. At the stage of designing a set of adapters, it is necessary to know the range of parameters and operating modes of the disk section, at which the indicators of the quality of tillage correspond to the area of optimal values. Experimental studies of the influence of the structural and technological parameters of the disk section on the agrotechnical indicators of the quality of tillage during combined work with duck foot cultivators and flat hoes. An experimental plan has been implemented to evaluate the influence of the operating mode and parameters of the disk section, such as the angle of attack a, vertical load N, on the disk section and the distance l between disks on the indicators of the quality of tillage: crumbling, surface ridges, uneven depth of tillage. For conducting experiments, a laboratory-field setup was made, the design of which allows changing the selected parameters within the required limits. The results of the experiment showed that when working with duck feets, it is rational, taking into account the quality of tillage and the design features of the unit, to use a disk section at angles of attack of 18-23° degrees, the distance between disks of 230-280 mm and a ballast weight of 100-120 kg per meter of grip; when operating together with flat-cutting hoes - at angles of attack 20-23°, disk spacing 270-330 mm and ballast weight 130-160 kg/m. The data obtained make it possible at the design stage to rationally distribute the forces acting on the unit in the longitudinal-vertical plane, and to select the parameters and modes of operation of disk sections and adapters for additional tillage.
Key words: tillage unit, flat-cutting hoe, duck foot cultivator, disk section, experiment planning, replaceable tillage adapter, agrotechnical indicators.
Acknowledgments: The work was carried out within the framework of the State task of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Agricultural Research Center of the North-East named after N.V. Rudnitsky" (subject No. 0767-2019-0094).
References
1. Klochkov A. V., Popov V. A. Sovremennaya sel'skokhozyaystvennaya tekhnika dlya rasteniyevodstva (Modern agricultural machinery for crop production), Gorki: Belorusskaya GSKHA, 2009, 172 p.
2. Teslyuk G.V., Volyk B.A., Sokol S.P., Kobets O.M., Semenyuta A.M. Gruntoobrobni ahrehaty na osnovi dys-kovykh robochykh orhaniv: monohrafiya (Tillage machines based on disk working elements: monograph), Dnipropetrovsk: TOV "Accent PP", 2016, 144 p.
3. Sineokov G.N. Diskovyye rabochiye organy pochvoobrabatyvayushchikh mashin (Disk working bodies of tillage machines), M.: Mashgiz, 1949, 86 p.
4. Strelbitsky V.F. Diskovyye pochvoobrabatyvayushchiye mashiny (Disk tillage machines), M.: Mashinostroenie, 1976, 135 p.
5. Kepner R.A., Bainer R., Barger E. L. Principle of farm machinery, 3rd Edition, Westport: The AVI Publishing Company, Inc., 1978, 527 p.
6. Bernacki H., Haman J., Kanafoiski Cz. Agricultural Machines. Theory and Constracnion, Vol.1, Washington, D.C., 1972, 883 p.
7. Makarov P.I. Tekhnologiya i tekhnika dlya gladkoy vspashki pochv (Technology and equipment for smooth plowing of soils), Kazan: Kazan University, 2000, 288 p.
8. Konovalov V.I. Justification of design parameters of a disk working body with a changing radius of curvature, E3S Web of Conferences 193, 01014 (2020). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019301014.
9. Kobyakov I.D., Soyunov A.S. Issledovaniye shestilezviynogo diskovogo rabochego organa pochvoobrabatyvay-ushchikh orudiy (Investigation of the six-blade disk working body of soil-cultivating implements), Mekhanizatsiya i elektrif-ikatsiya sel'skogo hozjajstva, 2008, No. 12, Pp. 21-22.
10. Akimov A.P., Konstantinov Yu.V. Optimizatsiya parametrov i rezhimov funktsionirovaniya diskov pochvoobrabatyvayushchikh mashin i orudiy (Optimization of parameters and operating modes of disks of tillage machines and implements), Cheboksary: Izd-vo Chuvashskoy GSKHA, 2017, 136 p.
11. Upadhyay G., Raheman R. Performance of combined offset disk harrow (front active and rear passive set configuration) in soil bin, Journal of Terramechanics, 2018; 78: 27-37. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2018.04.002
12. Zhuk A.F. Novyye diskolapovyye agregaty (New disk-paw aggregates), Trudy GOSNITI, 2013, No. 1, Pp. 167-170.
13. Talarczyk W., Zbytek Z. Uniwersalna konstrukcja kultywatora podorywkowego i obsypnika do ziemniakow (Universal construction stubble cultivator and shaper of the ridges for potatoes), Zeszyty problemowe postkpuw nauk rolniczych, 2009, No. 543, Pp. 355-364.
14. Zhuk A.F., Revyakin E.L. Razvitiye mashin dlya minimal'noy i nulevoy obrabotki pochvy (Development of machines for minimum and no tillage), M.: Rosinformagrotekh, 2007, 156 p.
15. Multifunctional tillage unit : pat. 2679700 RU, № 2018110972; date of filing 27.03.2018; date of publication 13.04.2020, Bull. № 11, 10 p.
16. Andreev V. L., Dyomshin S. L., Ilyichev V. V., Cheremisinov D. A., Yunusov G. S. Mnogofunktsional'nyy pochvoobrabatyvayushchiy agregat so smennymi rabochimi organami (Multifunctional soil-cultivating unit with replaceable working bodies), Vestnik NGIEI, 2018, No. 11 (90), Pp. 87-102.
17. Kozlova L.M., Popov F.A., Nockova E.N. Nauchno obosnovannyye podkhody k vyboru sistem obrabotki pochv v sevooborotakh dlya usloviy Evro-Severo-Vostoka RF: metod. posobiye (Scientifically based approaches to the choice of soil treatment systems in crop rotations for the conditions of Euro-North-East of the Russian Federation: methodical manual), Kirov: North-East Agricultural Research Institute, 2013, 35 p.
18. Aldoshin N.V., Vasiliev A.S., Kudryavtsev A.V., Golubev V.V., Alipichev A.Yu. Rezul'taty issledovaniya predposevnoy obrabotki pochvy prutkovym katkom (Study of seedbed preparation with rod-type soil compaction roller), Agricultural Engineering, 2020; 2 (96): 9-16. (In Eng.). DOI: 10.26897/2687-1149-2020-2-9-16.
19. Bodalev A.P., Ivanov A.G., Kostin A.V., Shklyaev K.L., Shklyaev A.L., Deriushev I.A. Vzaimodeystviye pru-zhinnykh rabochikh organov tyazhelykh zubovykh boron s pochvoy (Interaction of spring operating part of heavy tine harrows with soil), Bulletin NGIEI, 2020, No. 1 (104), Pp. 232-239.
20. Demshin S.L., Cheremisinov D.A., Ostal'tsev V.P., Ilyichev V.V. Rezul'taty issledovaniya bazovoy modeli mnogofunktsional'nogo pochvoobrabatyvayushchego agregata (Results of research of the basic model of multifunctional tillage unit), An Agrarian Science of Euro-Nord-East, 2013, No. 2 (33), Pp. 63-66.
Сведения об авторах
C.Л. Дёмшин1Н - д-р техн. наук, доцент; А.Ю. Исупов2 - канд. техн. наук;
Д.И. Тимшин3 - аспирант,
1,2,3Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, ул. Ленина, 166-а, г. Киров, Россия, 610007 1sergdemshin@mail.ru
Information about the authors S.L. Demshin1^ - Dr. Tech. Sci., Associate Professor; A.J. Isupov2 - Cand. Tech. Sci.;
D.I. Timshin3 - Postgraduate Student,
1,2,3Federal Agricultural Research Center of the North-East named N.V. Rudnitsky, 166-a, Lenina St., Kirov, Russia, 610007 'sergdemshin@mail.ru
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.
Статья поступила в редакцию 18.04.2022; одобрена после рецензирования 22.04.2022; принята к публикации 19.05.2022. The article was submitted 18.04.2022; approved after reviewing 22.04.2022; accepted for publication 19.05.2022
