CC BY
10
УДК 631.312.021.3
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПЛУЖНЫХ ЛЕМЕХОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ
Forecasting the Durability of Plowshares when Processing Soils with Different Humidity Degrees
Орехова Г.В., канд. с-х. наук, доцент, Orehowagalka @yandex.ru
Orekhova G.V.
ФГБОУ ВО « Брянский государственный аграрный университет»
Bryansk State Agrarian University, Russia
Реферат. Значительное влияние на долговечность плужных лемехов оказывает влажность обрабатываемой почвы, поэтому прогнозирование долговечности плугов и их расход при обработке почв разной влажности является в настоящее время актуальной научно-производственной проблемой. Для решения данной проблемы была разработана методика расчёта долговечности плужных лемехов с учётом типа почв и степени их влажности. Мате-матический аппарат методики базируется на использовании одного из основных понятий при исследовании процесса абразивного трения и износа материалов - относительной абразивной износостойкости. Анализ данных, полученных на основе использования основных положений разработанной методики показал, что скорость износа плужных лемехов с ростом влажности почв уменьшается, а их относительная абразивная износостойкость и долговечность наоборот увеличиваются. Также отмечено, что наибольшая интенсивность повышения величины относительной абразивной износостойкости и долговечности плужных лемехов характерны для менее плотных структур почв: песок + лёгкая супесь; супесь тяжёлая, а наименьшая для более плотных структур: тяжёлый суглинок; глина. Такие закономерности можно объяснить тем, что в почвах с меньшей плотностью, абразивные частицы имеют меньшую силу сцепления с матрицей по сравнению с более плотной структурой почвы. Поэтому при меньшей величине влажности, процесс резания абразивными частицами материала лемеха переходит в процесс царапания, что значительно снижает скорость износа и соответственно увеличивает относительную абразивную износостойкость и долговечность плужных лемехов. Следует отметить, что долговечность лемехов при обработке почв меньшей плотности будет ниже, чем при вспашке более плотных почв, так как скорость износа при обработке почв - песок + лёгкая супесь и супесь тяжёлая значительно больше, чем при вспашке почв - суглинок тяжёлый и глина.
Abstract. The humidity of the treated soil has a significant impact on the durability ofploughshares, so forecasting the durability of ploughs and their wear when processing soils with different humidity is currently an urgent scientific and industrial problem. To solve this problem, a method for calculating the durability of ploughshares, taking into account the type of soil and the degree of humidity, was developed. The mathematical apparatus of the method is based on the relative abrasive wear resistance, one of the main concepts in the study of the process of abrasive friction and wear of materials. The analysis of the data obtained using the main provisions of the developed method showed that the wear rate of ploughshares decreases with the soil moisture growth, and their relative abrasive wear resistance and durability on the contrary get higher. It is also noted that the highest intensity of increasing the relative abrasive wear resistance and durability ofploughshares is typical of less dense soil structures: sand + light sandy loam; heavy sandy loam; and the lowest one characterizes denser structures: heavy loam; clay. It can be explained by the fact that in soils with a lower density, abrasive particles have a lower adhesion force to the matrix compared to a denser soil structure. Therefore, when the humidity is lower, the process of cutting the ploughshare material with abrasive particles turns into a scratching process, leading to a significant reduction in the wear rate and, accordingly, increases the relative abrasive wear resistance and durability of ploughshares. It should be noted that when processing soils with lower density the durability of ploughshares will be lower than when ploughing denser soils, since the wear rate at processing soils with sand + light sandy loam and heavy sandy loam is much more than at ploughing the soils containing heavy loam and clay.
Ключевые слова: долговечность, скорость износа, относительная абразивная износостойкость, влажность, тип почвы.
Key words: durability, wear rate, relative abrasive wear resistance, humidity, soil type.
Введение. Долговечность различных почвообрабатывающих орудий: плужных лемехов, фрез, лап культиваторов и др. в большей степени определяется условиями их эксплуатации при обработке почв [1- 6]: удельным давлением на лемех и скорости движения, типом и влажностью почв, сопро-
тивлением сдвигу, её химическим и фрикционным составом, коэффициентом трения и т.д. Значительное влияние на долговечность плужных лемехов оказывает влажность обрабатываемой почвы [1,3], поэтому прогнозирование долговечности плугов и их расход при обработке почв разной влажности является в настоящее время актуальной научно-производственной проблемой.
Долговечность, которая обычно выражается в гектарах обработанной почвы (га), для плужных лемехов Тд.л определяется соотношением
Т = — (1)
Т Д-Л I , (1)
где 1Д-и. - допустимый износ плуга, мм; 1с-и. - скорость износа, мм/га.
Следует отметить, что в настоящее время исследования скорости износа лемехов в зависимости от количества влаги в почве носят ограниченный характер, т.е. отсутствует комплексный подход к решению данной проблемы [1,3].
В работе [1] автором была сделана попытка получить общую формулу для расчёта скорости износа плужных лемехов при обработке различных типов почв при разной влажности и давлении. Данная формула записывается в виде
/си = к • Р, (2)
где 1си - скорость износа, мг/мин; Р - давление, кг/см2; к - коэффициент пропорциональности.
Значение коэффициента к определяется соотношением
к = а • (3)
где а, у - эмпирические коэффициенты, а = 1,280; У = 0,245; е - основание натурального логарифма; wв = относительная величина влажности почвы, %.
При использовании формул (1),(2) для расчёта значений 1си при обработке различных типов почв с изменяющимся процентным содержанием влаги и величине давления были получены данные с очень большим рассеиванием, что не позволяет рекомендовать предложенную методику расчёта для практической деятельности. На основе полученных в работе [1] данных можно сделать вывод, что механизм износа материала плужных лемехов при обработке разных типов почвы и процентным содержанием влаги имеет свои особенности. Поэтому рассчитывать величину 1си по одной обобщённой формуле не представляется возможным.
На основе выше сказанного, была сформулирована цель данной работы: разработать методику прогнозирования скорости износа и долговечности плужных лемехов при обработке различных типов почв с изменяющимся процентным содержанием влаги, используя при этом одно из основных понятий при исследовании процесса абразивного трения и износа материалов - относительную абразивную износостойкость.
Материалы и методы. Для достижения поставленной цели были математически обработаны данные по износу лемехов в процессе обработки разных типов почв и величине влажности, представленные в работе [1]. Результаты статистической обработки этих данных позволили получить зависимости относительной абразивной износостойкости [7-9] для каждого типа исследуемых почв еот.в от величины влажности 'в, т.е. функцию еотв = f О, которые представлены в виде графиков на рисунке 1.
Анализ полученных графиков показал, что зависимость относительной абразивной износостойкости еотв от влажности 'в (%) для всех типов почв, подчиняется линейному закону распределения и описывается формулой
еоТ.в = А' - В (4)
где А,В - эмпирические коэффициенты.
Значения коэффициентов А,В для расчёта еотв всех типов почв приведены в таблице 1.
Рисунок 1 - Зависимость относительной абразивной износостойкости от процентного содержания влаги в почве: 1 - песок + лёгкая супесь; 2 - супесь тяжёлая;
3 - суглинок лёгкий; 4 - суглинок средний; 5 - тяжёлый суглинок; 6 - глина
Скорость износа 1си лемехов и их долговечность при выполнении определённого объёма работ рассчитывается по величине относительной абразивной износостойкости еотв [7-9], которая представляет собой отношение скорости износа лемехов при существующих условиях обработки с учётом влажности и типа почв 1сис , к скорости износа лемехов при изменённых условиях 1сии . Скорость износа лемехов и других почвообрабатывающих орудий может быть задана в мм/га; мм/час; мг/мин и других единицах. Она должна быть увязана с единицей измерения величины допустимого износа конкретного почвообрабатывающего орудия (плуга, фрезы, лапы культиватора и др.).
еот.в = А' - В (5)
где А,В - эмпирические показатели степени.
Таблица 1 - Значения коэффициентов А,В в формуле (5)
Значения коэффициентов А,В Типы почв
Песок +лёгкая супесь Супесь тяжёлая Суглинок лёгкий Суглинок средний Суглинок тяжёлый Глина
А 0,42 0,33 0,25 0,2 0,083 0,125
В 0,2 0,64 0,5 1,2 0,004 1,5
^П.£ ^ £ОТ.В , • (6) 'сии
откуда
I = -^сис--(7)
'сии к • „ , (/)
где кп-Е. - коэффициент пропорциональности, который показывает во сколько раз увеличивается или уменьшается его значение при изменении влажности почвы 'в и соответственно величины относительной абразивной износостойкости еотв. Значение кпЕ рассчитывается по формуле
_ ^от.в.и _ А ^в.и- В /о\
кП.Е = „ = А .w - В, (8)
^ПТ И Г А г В
где £ОТ.в.с., £ОТ.в.и - величины относительной абразивной износостойкости при существующих условиях обработки почвы и изменённых по величине влажности, МВ.и, швс- влажность почвы при изменённых и существующих условиях обработки, %;
После расчёта скорости износа лемеха плуга определяем по заданной величине допустимого износа 1доп (мм) его долговечность Тд (га) при обработке почвы с другим значением влажности 'в
(9)
Определив долговечность лемеха плуга. можно рассчитать количество плугов N (шт.) для обработки почвы площадью Рп (га)
Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных и расчётных данных, представленных в виде графиков на рисунке 1 показал, что относительная абразивная износостойкость плужных лемехов 8от.в с ростом влажности почв 'в также увеличивается. Наибольшая интенсивность повышения величины 8отв характерна для менее плотных структур почв 1 и 2 (см. рис. 1), наименьшая для более плотных структур 5,6. Также отмечено, что заметный рост значений 8отв с увели-чением влажности 'в в значительной степени зависит от типа почвы и соответственно её плотности. Так, для типов почв 1...4 значительный рост относительной абразивной изно-состойкости, т.е. снижением скорости абразивного износа 1си лемеха плуга, начинается при влажности 'в = 4.10%, а для плотных типов почв 5,6 (см. рис. 1) при влажности 14.16%. Такие закономерности можно объяснить тем, что в почвах с меньшей плотностью, абразивные частицы имеют меньшую силу сцепления с матрицей по сравнению с более плотной структурой почвы. Поэтому при меньшей величине влажности процесс резания абразивными частицами материала лемеха переходит в процесс царапания, что значительно снижает ско-рость износа и соответственно увеличивает относительную абразивную износостойкость плужных лемехов. Следует отметить, что долговечность лемехов при обработке почв 1,2 будет меньше, чем при вспашке почв под номерами 5,6, так как скорость износа 1си при обработке почв 1,2 - песок + лёгкая супесь и супесь тяжёлая. значительно больше, чем при вспашке почв 5,6 -суглинок тяжёлый и глина.
1. На основе прогнозирования относительной абразивной износостойкости разработана методика расчёта долговечности плужных лемехов при обработке различных типов почв с изменяющейся степенью их влажности.
2. С увеличением плотности обрабатываемой почвы, значение степени влажности. при котором наблюдается повышение относительной абразивной износостойкости плужных ле-мехов. также увеличивается с 4% для почвы 1 - песок + лёгкая супесь до 14% для почвы 6 - глина.
Библиографический список
1. Износ деталей сельскохозяйственных машин / М.М. Севернев, Г.П. Каплун, В.А. Коротке-вич, С.Н. Кот и др. Л.: «Колос», 1972. 288 с.
2. Бернштейн Д.Б. Повышение срока службы плужных лемехов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. № 7. С. 30-33.
3. Обрызков В.П. О влиянии абсолютной влажности почвы на износ лемехов // Сельхозмашины. 1955. № 6. С. 14-21.
4. Рабинович А.Ш. Самозатачивающиеся плужные лемехи и другие почворежущие детали машин. М.: ГОСНИТИ, 1962. 107 с.
5. Аронов Э.Л. Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. М.: ЦНИИТЭИ, 1970. 190 с.
6. Розенбаум А.Н. Изнашивание лезвий в почвенной среде. Повышение долговечности рабочих деталей в почвообрабатывающих машинах. М.: Машгиз, 1960. 210 с.
7. Бахтин П.У. Проблемы обработки почвы. М.: Знание, 1969. 61 с.
8. Коршунов В.Я., Комаров В.С. Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственных машин при абразивном трении // Вестник ФГОУ ВПО Московский государственный агроинженер-ный университет им. В.П. Горячкина. 2010. № 2. С. 137-139.
9. Коршунов В.Я., Новиков Д.А. Прогнозирование износостойкости и усталостной прочности деталей сельхозмашин на основе кинетического подхода к процессу разрушения металлов // Вестник Брянской ГСХА. 2013. № 2. С. 33-36.
р
N = Ч шт.
тд
д
(10)
Выводы
10. Коршунов В.Я., Комаров В.С. Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственных машин при абразивном трении // Вестник ФГОУ ВПО Московский государственный агроинже-нерный университет им. В.П. Горячкина. 2010. № 2. С. 137-139.
References
1. Iznos detaley selskohozyaystvennyh mashin /M.M. Severnev, G.P. Kaplun, V.A. Korotkevich, S.N. Kot i dr. L.: «Kolos», 1972. 288 s.
2. Bernshteyn D.B. Povyshenie sroka sluzhby pluzhnyh lemehov // Traktory i selskohozyaystvennye mashiny. 1998. № 7. S. 30-33.
3. Obryzkov V.P. O vliyanii absolyutnoy vlazhnosti pochvy na iznos lemehov // Selhozmashiny. 1955. № 6. S. 14-21.
4. Rabinovich A.Sh. Samozatachivayuschiesya pluzhnye lemehi i drugie pochvorezhuschie detali mashin. M.: GOSNITI, 1962. 107 s.
5. Aronov E.L. Povyshenie dolgovechnosti rabochih organov pochvoobrabatyvayuschih mashin. M.: TsNIITEI, 1970. 190 s.
6. Rozenbaum A.N. Iznashivanie lezviy v pochvennoy srede. Povyshenie dolgovechnosti rabochih detaley v pochvoobrabatyvayuschih mashinah. M.: Mashgiz, 1960. 210 s.
7. Bahtin P.U. Problemy obrabotki pochvy. M.: Znanie, 1969. 61 s.
8. Korshunov V.Ya., Komarov V.S. Povyshenie iznosostoykosti detaley selskohozyaystvennyh mashin pri abrazivnom trenii // Vestnik FGOU VPO Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V.P. Goryachkina. 2010. № 2. S. 137-139.
9. Korshunov V.Ya., Novikov D.A. Prognozirovanie iznosostoykosti i ustalostnoyprochnosti detaley selhozmashin na osnove kineticheskogo podhoda k protsessu razrusheniya metallov // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2013. № 2. S. 33-36.
10. Korshunov V.Ya., Komarov V.S. Povyshenie iznosostoykosti detaley selskohozyaystvennyh mashin pri abrazivnom trenii // Vestnik FGOU VPO Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V.P. Goryachkina. 2010. № 2. S. 137-139.
УДК 631.51.01:631.312
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ С МОДЕРНИЗАЦИЕЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПЛУГА
Analysis of Basic Tillage Methods with the Modernized Working Tools of the Plow
хБудко С.И., канд. техн. наук, доцент, хКузюр В.М., канд. техн. наук, доцент, хКузьменко И.В., канд. техн. наук, доцент, 2Чайчиц А.Н., канд. техн. наук, доцент Budko S.I., Kuzyur V.M., Kuzmenko I.V.,Chaichits A.N.
1 ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University 2 УО «Белорусская сельскохозяйственная академия» Belarusian State Agricultural Academy
Реферат. Важнейшим условием подъема земледелия, развития животноводства и увеличения его продуктивности, является повышение урожайности всех сельскохозяйственных культур. Решающая роль в увеличении урожайности принадлежит новой технике и агротехническим мероприятиям, которые могут обеспечить повышение плодородия почвы. Основным условием ее повышения является наличие органического вещества, структуры и создание условий для жизнедеятельности соответствующих почвенных микроорганизмов, что возможно только в обоснованной системе земледелия с регулярными севооборотами, внесением органических и минеральных удобрений, правильной обработкой [1]. В системе обработки почвы вопрос о целесообразности применения вспашки или безотвального рыхления до сих пор остается дискуссионным и изучается на протяжении последнего десятилетия во многих зонах страны. С точки зрения повышения урожайности, экономии топлива и средств, уплотненные бесструктурные почвы в нечерноземной полосе целесообразнее не перепахивать, а глубоко безотвально рыхлить высокопроизводительными орудиями [2]. Предлагаемое конструктивное исполнение стойки плуга позволяет снизить тяговое сопротивление, металлоемкость и
