CC BY
96
Николаев Л.А., Союнов А.С. Применение вибрации в обработке почвы // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2017. -№1 (8) январь - март. - URL http://e-journaLomgau.ru/index.php/2017/1/35-statya-2017-1/775-00302. - ISSN 2413-4066
УДК 631.31
Николаев Леонид Анатольевич
Магистрант
ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск
Союнов Алексей Сергеевич
Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Применение вибрации в обработке почвы
Аннотация. Большая металлоемкость и энергоемкость выпускаемых производственными предприятиями почвообрабатывающих орудий требует новых подходов к обоснованию принципов воздействия различных рабочих органов на почву при их проектировании. Рассматривая научные разработки в этом направлении, следует отметить, что в последнее время большое значение придается увеличению подвижности рабочего органа в процессе обработки почвы. Одним из способов активизации рабочих органов является вибрационное воздействие.
Ключевые слова: вибрация, обработка почвы, дисковые орудия, дисковый рабочий
орган
Интенсификация технологических процессов сельскохозяйственного производства невозможна без создания новых сельскохозяйственных машин и высокопроизводительных орудий. Особое значение при этом уделяется одной из наиболее энергоемких операций -механической обработке почвы. В системе мероприятий по сохранению плодородия почв широкое распространение получила противоэрозионная обработка почвы с применением комплекса противоэрозионных машин. Большая металлоемкость и энергоемкость выпускаемых производственными предприятиями почвообрабатывающих орудий требует новых подходов к обоснованию принципов воздействия различных рабочих органов на почву при их проектировании. Рассматривая научные разработки в этом направлении, следует отметить, что в последнее время большое значение придается увеличению подвижности рабочего органа в процессе обработки почвы. Одним из способов активизации рабочих органов является вибрационное воздействие. Эффект вибрации проявляется наиболее полно при использовании устройств, реализующих переменные фазы деформации и разрушения почвы, а также неоднородность ее структуры [1]. Применительно к рыхлительным рабочим органам, разработаны различные способы подпружинивания, как стоек рам, так и долот и лемехов плоскорезных лап. Однако, только одними пружинными элементами, в большинстве случаев, невозможно достичь максимального эффекта от применения вибрации. Для расширения спектра устойчивых колебаний в системе «рабочий орган - почва» необходимо введение дополнительных элементов в виде колеблющихся или соударяющихся масс. В этом аспекте рассмотрим различные виды вибрационного
взаимодействия рабочих органов с почвой, условия возникновения удара и выбора оптимальных параметров системы на основе амплитудно-частотных характеристик колебательного движения почвообрабатывающих рабочих органов [2, 3].
При выполнении технологического процесса на рабочие органы почвообрабатывающих орудий действует переменная сила сопротивления почвы.
Изменчивость силы вызывается периодическими фазами деформации и разрушения почвы. В фазе сжатия происходит возрастание силы, а в фазе разрушения почвы действующая сила уменьшается.
Пассивные рабочие органы почвообрабатывающих орудий воспринимают действующее сопротивление почвы, не реагируя на ее изменчивость. Это приводит к дополнительным затратам энергии на уплотнение скалываемых блоков почвы, которые имеют большой объем, увеличению глыбистости и не обеспечивает необходимой степени крошения почвы. Поэтому плотность почвы в образовавшихся после обработки глыбах и комьях значительно превосходит плотность почвы до ее обработки [4].
Уменьшить объем скалываемых блоков почвы, а, следовательно, увеличить крошащую способность рабочих органов почвообрабатывающих машин и уменьшить сопротивление почвы можно путем придания подвижности рабочим звеньям и возбуждения колебаний в системе рабочий орган - почва. При этом подвижные рабочие звенья почвообрабатывающих орудий должны реализовать периодические фазы деформации и разрушения почвы.
В большинстве конструкций промышленных образцов почвообрабатывающих машин придание подвижности рабочим звеньям осуществляется путем подпружинивания рабочих органов к раме. Возникающие при работе таких орудий колебания рабочих органов имеют неустойчивую характеристику и не всегда способствуют достижению максимального снижения сопротивления почвы и повышению качественных показателей обработки почвы.
Использование принудительного возбуждения колебаний почвообрабатывающих рабочих органов от внешнего энергоисточника значительно увеличивает энергозатраты на привод и его использование становится практически нецелесообразным. Кроме этого принудительный привод не имеет обратной связи, что не позволяет такой системе работать в самонастраивающемся режиме.
Для обеспечения устойчивых колебаний в самонастраивающемся режиме рабочий орган с почвой следует рассматривать как единую колебательную систему. Такой единой системой может выступать дисковый рабочий орган шестиугольной формы (рис. 1) [5, 6].
а
б
б
формы:
а - плоский;
Рисунок 1 - Дисковый рабочий орган шестиугольной б - сферический; в - конический
Разные формы дисков используются при разных типах почв. Так на почвах подверженных ветровой эрозии обработку поверхности поля выполняют плоскими шестиугольными дисками (рис. 1, а), на обычных почвах применяются сферические
шестиугольные диски (рис. 1, б), а на переуплотненных почвах - шестиугольные конические диски (рис. 1, в), которые способны выдерживать большие нагрузки.
При работе таких дисков будет происходить вибрация с амплитудой колебаний относительно средней окружности между вписанной и описанной окружностями шестиугольника следующей формулой
А = С05(б^) + 0,42, у 33,45
где Ау - амплитуда колебания, м;
0,42 - диаметр средней окружности, м; 33,45 - постоянный коэффициент;
Ф - угол поворота диска, рад.
Данная формула справедлива для шестиугольного диска с диаметром описанной окружности 450 мм. При этом в формуле имеется ряд допущений:
- не учитывается скорость движения агрегата;
- не учитывается возможная пробуксовка дисков;
- угловая скорость диска принята равной одному обороту в секунду.
При работе таких дисков происходит постоянное изменение рабочей грани, что позволяет создать вибрацию на каждом диске с амплитудой б мм. А так как диски стоят поочерёдно повернутые вокруг своей оси на 30° (рис. 2), то на графике колебания (рис. 3) можно будет наблюдать смещение фаз на 30° или л/б [7].
¿7 /у
0А5
ом
ОАЗ 0А2
ом
ОАО
0,390 1 2 3 4 5 (р, рад
Рисунок 3 - График вибрации режущей грани диска: D - диаметр диска, м; Ф - угол поворота диска вокруг своей оси, радианы; 1 - первый (нечетные) диски; 2 - второй (четные) диски; 3 - граница полного оборота диска;
4 - средняя линия
Когда нечетные диски соприкасаются с почвой углом - максимальный диаметр окружности, в это время четные диски соприкасаются серединой грани, где диаметр минимальный. Такое смещение дисков при установке на вал позволяет компенсировать распространение вибрации по орудию и вывода машинно-тракторного агрегата из равновесия. Также установка дисков со смещением относительно оси вращения позволяет разрезать почвенно-растительную массу в напряженном состоянии [8], что также снижает тяговое сопротивление орудия.
Применение вибрации в почвообрабатывающих орудиях позволяет снизить тяговое сопротивление орудия. Способ осуществления вибрация рабочего органа осуществляется за счет его шестиугольной формы, а определенная установка дисков на валу орудия со смещением режущих граней позволяет осуществлять резание почвенно-растительной массы в напряженном состоянии.
Ссылки на источники
1. Нестяк В.С. Тяговое сопротивление дискового лущильника / В.С. Нестяк, И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Тракторы и с.-х. машины. - 2012. - № 12. - С. 32-33.
2. Союнов А.С. Определение оптимального направления вибрация в почвообработке / А.С. Союнов, В.С. Майоров, М.Ю. Майорова; ФГБОУ ВО Омский ГАУ // Новая наука: от идеи к результату. - 2017. - №1-2. - С. 187-189.
3. Союнов А.С. Применение ультразвуковой вибрации в почвообработке / А.С. Союнов, Е.В. Демчук, А.Г. Щербакова // Научное и техническое обеспечения АПК, состояние и перспективы развития : сборник материалов Региональной научно-практической конференции, посвященной 65-летию образования факультета ТС в АПК (МЕХФАК) ФГБОУ ВО Омский ГАУ (Омск, 28 апреля 2016 г.). - Омск. - 2016. - С. 47-48.
4. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров вибрационных рыхлителей почвы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://mehanik-ua.ru/razdely-kursovykh-rabot/1435-teoreticheskie-predposylki-k-obosnovaniyu-parametrov-vibratsionnykh-rykhlitelei-pochvy.html (Дата обращения: 12.02.17)
5. Кобяков И.Д. Лущильник с шестиугольными дисковыми рабочими органами / И.Д. Кобяков, В.В. Троценко, А.А. Дегтярев, Е.Ю. Куприян, А.С. Союнов // Тракторы и с.-х. машины. - 2008. - № 10. - С. 14-16.
6. Кобяков И.Д. Оптимизация работы шестиугольного дискового ножа / И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2008. - № 7. - С. 45-46.
7. Кобяков И.Д. Исследования шестилезвийного дискового рабочего органа почвообрабатывающих орудий / И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2008. - № 12. - С. 21-22.
8. Кобяков И.Д. Взаимодействие лезвия ножа с разрезаемым материалом / И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2009. - №. 4. - С. 38-39.
Leonid Nikolaev
Master's Degree Student FSBEI HE OmskSAU, Omsk
Alexey Soyunov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
The Use of Vibration in the Soil Treatment
Abstract. Big steel intensity and the energy intensity of industrial enterprises produced tillers requires new approaches to the justification of the principles of the impact of different working bodies on the ground in their design. Considering the scientific research in this field, it should be noted that recently the importance attached to increasing the mobility of the working body during tillage. One way to activate the working bodies of a vibration exposure. Keywords: vibration, tillage, disk tools, disk actuator
