CC BY
7
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90)
Технические науки
Научная статья УДК 631.317
Разработка конструкций рабочих органов и роторов фрез с вертикальной осью вращения для копирования корневой системы растений
Валерий Николаевич Блохин, Александр Михайлович Случевский,
Галина Владимировна Орехова
Брянский государственный аграрный университет
Аннотация. Анализ конструкций фрез с вертикальной осью вращения для обработки почвы в при-кустовой зоне высокостебельных растений, не повреждающих их корневую систему, показал, что этот вопрос мало изучен на сегодняшний день. Существует способ, разработанный В.Н. Ожерельевым, а также конструкция фрезы с крутонаклонной осью вращения, которые позволяют копировать корневую систему, не повреждая её. Однако для обработки почвы в прикустовых зонах и приствольных полосах садовых насаждений этим методом требуется повышение затрат энергии в два раза. Это объясняется наклоном оси вращения ротора, и, как следствие, неодинаковой глубиной расположения в почве рабочих органов при работе фрезы, вызывающих ещё и дополнительно вибрацию почвофрезы. В статье показана рациональность разработанных конструкций роторов фрез с вертикальной осью вращения, позволяющих качественно копировать корневую систему растений, не повреждая её, с помощью специальных рабочих органов.
Ключевые слова: фреза с вертикальной (крутонаклонной) осью вращения, активный рабочий орган, ротор фрезы, прикустовая зона растений, корневая система.
Для цитирования: Блохин В.Н., Случевский А.М., Орехова Г.В. Разработка конструкций рабочих органов и роторов фрез с вертикальной осью вращения для копирования корневой системы растений // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 118 - 121.
Original article
Development of designs of working bodies and rotors of cutters with a vertical axis of rotation for copying the root system of plants
Valery N. Blokhin, Alexander M. Sluchevsky, Galina V. Orekhova
Bryansk State Agrarian University
Abstract. Our analysis of the designs of milling cutters with a vertical axis of rotation for cultivating the soil in the root zone of high-stemmed plants without damaging their root system showed that this issue is little studied to date.There is a method developed by the scientist V.N. Ozherelev, as well as the design of a cutter with a steeply inclined axis of rotation, which allow you to copy the root system without damaging it. However, for tillage in the near-kust zones and near-trunk strips of garden plantings, this method requires a doubling of energy consumption. This is due to the inclination of the rotor rotation axis, and, as a result, the unequal depth of the working bodies during the operation of the cutter, which additionally cause vibration of the soil cutter. The article shows the rationality of the developed designs of milling cutter rotors with a vertical axis of rotation, which make it possible to qualitatively copy the root system of plants without damaging it with the help of special working bodies.
Keywords: milling cutter with vertical (steeply inclined) axis of rotation, active working body, milling cutter rotor, plant root zone, root system.
For citation: Blokhin V.N., Sluchevsky A.M., Orekhоva G.V. Development of designs of working bodies and rotors of cutters with a vertical axis of rotation for copying the root system of plants. Izvestiya Orenburg Agrarian University. 2021; 90(4): 118 - 121. (In Russ.).
Обработка почвы фрезерными машинами всех типов требует больших затрат энергии. Фрезы с горизонтальной и вертикальной осями вращения по сравнению с другими сельскохозяйственными агрегатами, имеющими пассивные рабочие органы (плуги, культиваторы, диски, бороны и др.), в значительной степени более энергоёмки при обработке почвы. Особенно фрезы с вертикальной осью вращения, обладающие относительно высокой энергоёмкостью при основной обработке почвы на глубину 15 - 20 см [1].
Плодово-ягодная продукция, выращиваемая на высокостебельных растениях (яблони, груши, сливы, вишня, малина, смородина и т.д.) требует применения современных технологий.
Отставание в научно-техническом вооружении, использование устаревших технологий и технических средств вызывает издержки, связанные с уходом и возделыванием высокостебельных культур, в том числе и при обработке почвы [2].
На промышленных плантациях и в фермерских хозяйствах в наше время технологическая операция по обработке почвы в междурядьях и при-кустовых зонах, а также в приствольных полосах садовых насаждений выполняется культиваторами с пассивными рабочими органами, дисковыми боронами или фрезами с горизонтальной осью вращения. Эти сельскохозяйственные агрегаты не могут полностью удовлетворять агротехническим требованиям: повреждают корневую систему ягод-
ных кустарников и садовых насаждении, сорная растительность уничтожается не полностью, качество крошения почвы желает оставлять лучшего. Эти недостатки в конечном итоге сказываются на урожаИности плодов и ягод, затрудняют работу улавливающих устроИств ягодоуборочных комбаинов, способствуют образованию воднои и ветровоИ эрозий в летнее время, подмерзанию корневоИ системы в зимний период.
Вышеперечисленные недостатки можно устранить, применяя почвообрабатывающие фрезы с вертикальной осью вращения. Особенно эффективно можно их использовать для ухода за высокостебельными растениями и для поверх-ностноИ обработки почвы в прикустовоИ зоне на глубину рыхления 3 - 5 см, с одновременным удалением сорняков подрезающими лезвиями активных рабочих органов [3 - 6] (рис. 1).
Целью наших исследований является разработка конструкций активных рабочих органов и роторов фрез с вертикальной осью вращения для копирования корневой системы растений.
Материал и методы. В 2019 - 2020 гг. были проведены теоретические и экспериментальные исследования и разработана конструкция ротора фрезы и его активного рабочего органа по уходу за высокостебельными ягодными растениями и садовыми насаждениями. Сущность работы состояла в следующем: а) создание конструкции активного рабочего органа, приводящего к снижению энергоёмкости и повышению качества обработки почвы в прикустовой зоне растений и приствольных полосах садовых насаждений за счёт оптимизации его геометрических параме-
гч >
тров; б) разработка конструкции ротора фрезы с вертикальной осью вращения, способной одновременно выполнять операции по рыхлению почвы, вырезанию сорняков, копированию корневой системы растений, не повреждая её.
В процессе работы фрез с вертикальной осью вращения происходит налипание почвы и растительных остатков на ротор и стойки рабочих органов. Это приводит к снижению качества обработки почвы, к увеличению гребнистости поверхности, которая потом сказывается на работе ягодоуборочных комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. От неровности поверхности почвы увеличивается испарение влаги. Но самым важным фактором является увеличение энергозатрат на обработку почвы.
Результаты исследования. Для устранения этих недостатков разработаны конструкции [7, 8] активных рабочих органов (рис. 2), позволяющих снизить налипание почвы и растительных остатков на стойках рабочего органа за счёт того, что на цилиндрических частях стоек устанавливаются цилиндрическая или коническая втулки, способные вращаться вокруг стоек. На обычных активных рабочих органах (рис. 2) без наличия втулок при больших количествах корневых и растительных остатков, смешанных с почвой, наблюдается процесс наматывания на стойки этой сорной растительности и забивание стоек. Наличие цилиндрических или, ещё лучше, конических втулок, свободно вращающихся относительно вертикальных осей стоек, позволяет сбрасывать растительные остатки, благодаря появлению моментов сил инерции и возникновению
А
UUUtJ
Г
Рис. 1 - Рабочие органы для поверхностной обработки почвы:
А - L-образный рабочий орган с прямым участком режущей кромки; Б - L-образный рабочий орган с криволинейным участком режущей кромки; В - рабочий орган с подрезающим лезвием в виде циклоиды; Г - рабочий орган с горизонтальной стойкой
Б
В
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90) _
.Технические науки
А
Рис. 2 - Рабочие органы для обработки засорённых сорняками участков:
А - с цилиндрической втулкой; Б - с конической втулкой
А
Б
В
Рис. 3 - Конструкции роторов фрез с вертикальной осью вращения для обработки прикустовых зон растений:
А - с регулировкой угла наклона рабочего органа; Б - с дополнительной регулировкой по высоте рабочего органа; В - ротор с опорной тарелкой
Б
сил трения при соприкосновении растительных остатков с поверхностью почвы. Применение такой конструкции рабочего органа особенно эффективно при поверхностной обработке почвы.
Для улучшения копирования корневой системы растений применяют фрезы с крутонаклонной осью вращения [9, 10]. Но конструкция роторов фрез, у которых ножи находятся на разной глубине, вызывает изгибающий момент сил сопротивления ротора, что приводит к неравномерности хода агрегата, а также к дополнительной нагрузке на подшипники ротора, приводящие к преждевременному их износу.
Устранить недостатки вышеуказанного агрегата позволяет разработанная нами конструкция роторов (рис. 3), подтверждённая патентами на полезные модели [11 - 13], техническим результатом которых является более качественный уход в прикустовой зоне растений.
Выводы. Предлагаемые конструкции фрез с вертикальной осью вращения позволяют качественно копировать поверхность корневой системы, исключая возможность их повреждения. Перед началом работы орудие настраивают на заданный технологический режим, регулируя установку рабочих органов на заданную глубину, ширину захвата и угол а наклона рабочих органов к поверхности почвы. При поступательном движении агрегата ротор вместе с рабочими органами, совершая плоскопараллельное движение, входит на заданную глубину, которая
определяется опорным колесом, измельчает почву, вырезает сорняки, качественно при этом копируя корневую систему растения.
Литература
1. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. СПб.: ООО «Квадро», 2014. 624 с.
2. Семченкова С.В., Лазько О.В., Чулкова Г.В. Повышение конкурентоспособности на основе эффективных технологий производства сельскохозяйственной продукции // Современные научные исследования и разработки. 2016. № 6 (6). С. 98 - 101.
3. Пат. на полезную модель RU № 150776. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Никитин В.В.; патентооблад. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»; заявл. 2014.07.08; опубл. 2015.02.27.
4. Пат. на полезную модель RU №166354. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Белоус Н.М., Никитин В.В, Сазонов Ф.Ф.; патентооблад. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»; заявл. 2016113439/13, 07.04.2016; опубл. 20.11.2016; Бюл. № 322016.
5. Пат. на полезную модель RU № 171854. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Романеев Н.А., Случевский А.М., Лаптева Н.А., Лямзин А.А.; заявл. 2016149636, 16.12.2016; опубл. 19.06.2017; Бюл. № 17 2017.
6. Пат. на полезную моденль RU № 186271. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью
вращения / Блохин В.Н., Кувшинов Н.М., Случевский А.М., Кубышкин А.В., Лаптева Н.А., Орехова Г.В.; за-явл. 13.08.2018; опубл. 2019.
7. Пат. на полезную модель RU № 179946A01B33/10, A01B33/06. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Случевский А.М., Кубышкин А.В., Бердышева О.Н., Лаптева Н.А.; заявл. 20.2.2018; опубл. 29.5.2018; Бюл. № 16.
8. Пат. на полезную модель RU № 186142U1. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Кувшинов Н.М., Случевский А.М., Кубышкин А.В, Лаптева Н.А.; заявл. 12.09.2018; опубл. 10.01.2019.
9. Блохин В.Н., Случевский А.М. Фреза садовая с вертикальной или крутонаклонной осью вращения // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. матер. XIII междунар. науч.-практич. конф.: в 2 част. Барнаул, 2018. С. 152 - 154.
10. Блохин В.Н., Случевский А.М. К вопросу о преимуществах фрез с вертикальной осью вращения
над фрезами с крутонаклонной осью вращения // Продовольственная безопасность: от зависимости к самостоятельности: матер. междунар. науч.-практич. конф. Смоленск, 2017. С. 655 - 658.
11. Пат. на полезную модель RU №179945. Почвообрабатывающая фреза с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Случевский А.М., Роганков С.И., Кувшинов Н.М., Ковалев А.Ф., Лаптева Н.А.; заявл. 20.02.2018; опубл. 29.05.2018.
12. Пат. на полезную модель RU № 187645U1. Почвообрабатывающая фреза с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Случевский А.М., Кубышкин А.В., Орехова Г.В., Кузнецов В.В.; заявл. 13.12.2018; опубл. 14.03.2019.
13. Пат. на полезную модель RU №190984 U1. Почвообрабатывающая фреза с вертикальной осью вращения / Блохин В.Н., Кувшинов Н.М., Случевский А.М., Кузнецов В.В., Кубышкин А.В., Лаптева Н.А.; заявл. 16.04.2019; опубл. 18.07.2019.
Валерий Николаевич Блохин, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Россия, 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а, cit@bgsha.com
Александр Михайлович Случевский, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Россия, 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а, Sluch62@mail.ru
Галина Владимировна Орехова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент. ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Россия, 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а, orehowagalka@yandex.ru
Valery N. Blokhin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Bryansk State Agrarian University^, Sovetskaya St., Kokino village, Vygonichsky district, Bryansk region, 243365, Russia,
Alexander M. Sluchevsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Bryansk State Agrarian University. 2а, Sovetskaya St., Kokino village, Vygonichsky district, Bryansk region, 243365, Russia, Sluch62@mail.ru Galina V. Orekhova, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Bryansk State University. 2а, Sovetskaya St.,
Kokino village, Vygonichsky district, Bryansk region, 243365, Russia, orehowagalka@yandex.ru
-♦-
Научная статья УДК 621.79
Повышение износостойкости и упрочнение сегментных ножей уборочной техники электродиффузионной обработкой
Алексей Владимирович Ставицкий
Государственный аграрный университет Северного Зауралья
Аннотация. Восстановление и упрочнение изношенных деталей многие годы не теряет своей актуальности, поскольку является основным путём снижения себестоимости и повышения качества ремонта оборудования. Данный вопрос применительно к перерабатывающим отраслям АПК заключается не только в обеспечении технологического качества восстанавливаемых деталей при сравнительно низкой себестоимости их восстановления, но и в строгом соблюдении санитарно-гигиенических требований, исключающих загрязнение пищевых продуктов. Износ сегментных ножей приводит к увеличению потерь урожая при уборочных работах, нарушению агротехнических требований и повышает энергетические затраты. Замена или ремонт изношенных сегментов является трудозатратным, что приводит к снижению производительности труда и к простоям техники. Цель работы - повышение износостойкости сегментных ножей уборочной техники за счёт упрочнения режущих поверхностей электродиффузионной обработкой. Разработана новая установка для электродиффузионной обработки сегментных ножей, позволяющая обеспечить повышение механических свойств режущих поверхностей. Установлено повышение микротвёрдости упрочнённой поверхности сегментных ножей в 1,4 - 1,9 раза на глубину 300 - 350 мкм. Оптимальные параметры упрочнения в рассматриваемых интервалах обеспечиваются за счёт использования в качестве электролита тетрабората натрия и режимов электродиффузионной обработки: плотность тока - 0,261 - 0,319 А/см2, температура электролита - 850 °С, продолжительность обработки - 2 ч.
Ключевые слова: уборочная техника, сегментные ножи, электродиффузионная обработка, повышение износостойкости.
