Научная статья на тему 'Создание профилированной поверхности почвы с заданными физико-механическими параметрами при возделывании овощей и картофеля'

Создание профилированной поверхности почвы с заданными физико-механическими параметрами при возделывании овощей и картофеля Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

CC BY
59
49
Поделиться
Ключевые слова
РЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВЫ / ПЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ / СВОЙСТВА ПОЧВЫ / АКТИВНЫЙ КАТОК / РЕЖИМ РАБОТЫ КАТКА / ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОВОЩЕЙ И КАРТОФЕЛЯ

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук, автор научной работы — Калинин Андрей Борисович, Смелик Виктор Александрович, Теплинский Игорь Зиновьевич

В условиях повышенной влажности почвы возделывание овощных культур и картофеля производится, как правило, на профилированных поверхностях, выполненных в виде гребней или гряд. Проведены теоретические и экспериментальные исследования культиваторов, оснащённых специальными катками. Результаты исследования показали, что при формировании профилированных поверхностей можно создавать более плотный верхний слой гребней или гряд на глубину до 2-4 см. Упрочнённый таким образом поверхностный слой формирует арочный каркас гребня (гряды), который защищает его от разрушения в течение всего периода вегетации растений, сохраняя при этом внутри профилированной поверхности требуемые параметры почвенного состояния. Разработана методика выбора и обоснования рациональных режимов работы активного катка, позволяющих обеспечивать управление параметрами почвенного состояния при формировании профилированных поверхностей.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , автор научной работы — Калинин Андрей Борисович, Смелик Виктор Александрович, Теплинский Игорь Зиновьевич,

CREATION OF PROFILED SOIL SURFACE WITH PREDESIGNED PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS FOR VEGETABLES AND POTATOES CULTIVATION

The cultivation of vegetables and potatoes under the conditions of high soil humidity is carried out, as a rule, on profiled surfaces, performed in the form of ridges or seed beds. Theoretical and experimental studies of cultivators, equipped with special rollers have been conducted. The results of studies showed that when forming profiled surfaces one can create a thicker top layer of ridges or seed beds to a depth of 2-4 cm. The surface layer, being reinforced in this way, forms the arched frame of the ridge (beds), which protects it from destruction during the whole period of plants vegetation, with the inside profiled surface maintaining the required parameters of soil condition. The methods of selection and substantiation of the rational modes of the active roller operation, allowing the control of soil condition parameters in the process of profiled surfaces formation, has been developed.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Создание профилированной поверхности почвы с заданными физико-механическими параметрами при возделывании овощей и картофеля»

оторванной от почвы, возникает на лентах, проросших травой, где плотность травостоя составляет более 0,2 кг/м2 [5], т.е. когда сила связи стеблей льна друг с другом в ленте меньше силы отрыва стеблей льна от льнища.

На основании экспериментальных исследований при плотности травостоя 0,2 кг/м2 и более точка пересечения траекторий двух соседних зубьев должна располагаться от почвы на расстоянии, не превышающем расположение верхней границы ленты льна:

Уц < ьтах = Ь + Д, м;

где Ь — толщина слоя, м;

А — расстояние от почвы до нижнего слоя ленты, м.

С другой стороны, показатель кинематического режима ограничивается коэффициентом растянутости лент льна, с увеличением которого снижается качество льносырья в период вылежки

в тресту и ухудшаются условия сушки стеблей льна перед подбором.

На основании теоретических и экспериментальных исследований [5] установлен оптимальный показатель кинематического режима работы ворошилки , который составляет 0,80 — 0,90. Литература

1. Клёнин Н.И., Киселёв С.Н., Левшин А. Г. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС, 2008. 816 с.

2. Новиков М. А. Сельскохозяйственные машины. Технологические расчёты в примерах и задачах: учебное пособие / М. А. Новиков, В. А. Смелик, И. З. Теплинский, Л. И. Еро-шенко, А. С. Феофанова, В. А. Ружьев; под. ред. М. А. Новикова. СПб.: Проспект Науки, 2011. 207 с.

3. Адиньяев М.Д., Бердышев В.Е., Бумбар И.В. и др. Сельскохозяйственные машины: практикум / под ред. А. П. Тарасенко. М., 2000. 220 с.

4. Лурье А. Б. Сельскохозяйственные машины (машины для обработки почвы, посева, посадки, внесения удобрений и химической защиты растений) / А. Б. Лурье, В. Г. Еникеев, И. З. Теплинский, В. А. Смелик. СПб.: изд-во СПбГАУ, 1998. 368 с.

5. Павлов С. Б. Обоснование технологического процесса и параметров рабочих органов для ворошения льна: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Рязань, 1993. 20 с.

Создание профилированной поверхности почвы с заданными физико-механическими параметрами при возделывании овощей и картофеля

А.Б.Калинин, д.т.н., профессор, В. А. Смелик, д.т.н., профессор, И.З. Теплинский, к.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский ГАУ

В условиях повышенной влажности почвы возделывание овощных культур и картофеля производится, как правило, на профилированных поверхностях, выполненных в виде гребней или гряд. Важной задачей при формировании таких поверхностей механизированным способом является создание в гребнях или грядах необходимых физико-механических параметров почвенного состояния. Управляемыми параметрами почвенного состояния при функционировании культиваторов, формирующих профилированные поверхности, можно считать плотность и структуру почвы.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Материал и методы исследования. Известно, что при воздействии на почву рабочих органов сельскохозяйственных машин в ней возникают нормальные и касательные напряжения [1 — 3]. Реологическое уравнение, описывающее изменение плотности почвы в зависимости от напряжений, возникающих под действием почвообрабатывающего орудия, имеет вид [4]:

Р = Ро + Ь • 1п(Ст + С • Ттах), (1)

где р — текущее значение плотности почвы; р0 — исходное значение плотности почвы; сш — среднее значение нормальных напряжений;

Tm

— максимальное значение касательных

напряжении;

Ь и с — эмпирические коэффициенты, соответствующие конкретным почвенно-клима-тическим условиям.

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования культиваторов, оснащённых активными катками, работающими с буксованием, показали, что применение таких катков при формировании профилированных поверхностей позволяет упрочнить верхний слой гребней или гряд на глубину до 2 — 4 см [5 — 7]. Упрочнённый таким образом поверхностный слой формирует арочный каркас гребня (гряды), который защищает его от разрушения в течение всего периода вегетации растений, сохраняя при этом внутри профилированной поверхности требуемые параметры почвенного состояния. Таким образом, появляется возможность с помощью активного катка осуществлять управление плотностью в различных слоях почвенного горизонта.

Для управления плотностью почвы в различных слоях профилированной поверхности необходимо выбрать рациональные режимы работы активных катов применительно к конкретным почвенным условиям. Несмотря на значительное количество компаний, производящих культиваторы с активными катками, до настоящего времени нет обоснованных рекомендаций для выбора таких режимов.

На основании ранее проверенных исследований [3] мы предлагаем в качестве информационного показателя режима работы активного катка использовать крутящий момент Мк на его валу. При этом

считаем, что максимальное значение крутящего момента Мк будет соответствовать режиму качения катка, при котором в верхнем слое почвы возникают максимальные нормальные и касательные напряжения, дающие наибольший прирост плотности р в соответствии с выражением (1).

Полевые экспериментальные исследования проводили на типичных для Северо-Западного региона России дерново-подзолистых суглинистых почвах. Абсолютная влажность почвы составляла 30 %. Объектом исследования являлся пропашной фрезерный культиватор [7, 8], в составе которого функционировал активный каток.

На первом этапе полевых экспериментальных исследований определяли рациональный режим работы активного катка для заданных условий функционирования. Программа экспериментальных исследований этого этапа включала получение в полевых условиях синхронных записей случайных процессов, имеющих место при работе активного катка: крутящего момента на валу МО и плотности почвы в верхнем (2 — 4 см) р() и нижнем (до 10 см) ри($ слоях при плавном изменении настройки степени буксования Н5 от 0 до 25% и различных настроечных значениях вертикальной нагрузки на каток Нд. Непрерывную регистрацию плотности почвы проводили по обобщённому показателю — продольной твёрдости почвы, имеющей высокую степень корреляции с её плотностью.

Программа второго этапа экспериментальных исследований включала оценку динамики изменения плотности почвы в различных слоях профилированной поверхности в момент обработки, а также через 7, 14 и 21 день в слое до 10 см при работе культиватора с активным катком и без него.

Результаты исследования. На основании полученных данных были построены кривые изменения оценок средних значений процессов Мк(1), р(), р() в зависимости от степени буксования Н5 при различных настроечных значениях вертикальной нагрузки каток Н^, представленные на рисунке 1.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анализируя эти данные, можно делать вывод о том, что в заданных почвенных условиях максимальная величина крутящего момента Мк тах на валу активного катка при различных настроечных параметрах вертикальной нагрузки соответствует степени буксования Н5«15%. Полученное значение степени буксования обеспечивает рациональный режим работы катка в заданных условиях функционирования.

Анализ данных, представленных на рисунке 2, позволяет сделать вывод о том, что при настроечном значении степени буксования катка Н5«15 % плотность почвы в верхнем слое принимает своё максимальное значение, а на глубине до 10 см сохраняет требуемое значение, сформированное культиватором. На рисунке 3 представлена ди-

1.6

1,4

1,2

1.0

0.8

р. г/см' -! I М..Ни

18. м.

15

12 р.

9

в

3 -1-1-1— -1-1-

10

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14

20

Л Ж

а.

, М., Н м

¿>; %

б.

в.

Рис. 1 — Изменение оценок средних значений крутящего момента Мк и плотности почвы рн и рв в зависимости от степени буксования д: а - при Яд=300 Н; б - при Нс=400 Н; в - при Яд=500 Н

намика изменения плотности почвы на глубине до 10 см в течение рассматриваемого периода. Кривая 1 показывает изменение плотности почвы в гребнях, образованных с помощью фрезерного культиватора без их прикатывания, а кривая 2 — после прикатывания активным катком, работающим в режиме буксования при Н5=15 %. Сравнительный анализ динамики изменения плотности почвы показал, что без прикатывания внутри гребней наблюдается усадка почвы под воздействием атмосферных явлений. Плотность

почвы на глубине до 10 см в неприкатанных гребнях увеличивается свыше допустимого значения, равного 1,2 г/см3, уже после 2 недель после проведения обработки. Упрочнение поверхности гребней позволило сохранить требуемые значения плотности почвы в течение всего рассматриваемого периода.

Рис. 2 - Распределение плотности почвы по глубине после прохода активного катка в момент предпосадочной обработки при Н6=15 %

Рис. 3 - Динамика изменения плотности почвы в гребне на глубине 10 см: 1 - без прикатывания; 2 - после прикатывания активным катком

Выводы. Таким образом, применение технологического приёма прикатывания поверхности гребней активными катками, работающими в рациональном режиме для заданных условий функционирования, позволило сохранить требуемые параметры почвенного состояния внутри гребня в течение длительного периода и исключить усадку почвы под воздействием атмосферных явлений.

Дальнейшие исследования необходимо проводить в направлении создания систем автоматизированного управления режимами работы активного катка, позволяющих корректировать его настройку с учётом изменяющихся в условиях реального времени параметров почвенного состояния. Литература

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Лурье А. Б. Сельскохозяйственные машины (машины для обработки почвы, посева, посадки, внесения удобрений и химической защиты растений) / А. Б. Лурье, В. Г. Еникеев, И. З. Теплинский, В. А. Смелик. СПб.: изд-во СПбГАУ, 1998. 368 с.

2. Смелик В. А. Критерии оценки и методы обеспечения технологической надёжности сельскохозяйственных агрегатов с учетом вероятностной природы условий их работы: дисс. ... докт. техн. наук. СПб.,1999. 561с.

3. Кулен Ю.А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика. М: Агропромиздат, 1986. 349 с.

4. Кушнарев А.С., Кочев В. И. Механико-технологические основы обработки почвы. Киев, 1989. 144 с.

5. Калинин А. Б. Теоретические основы выбора рациональных режимов активного катка в составе комбинированного культиватора для подготовки посадок картофеля к уборке / А. Б. Калинин, И. З. Теплинский, В. Д. Врублевский, О. В. Смелик // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012. № 28. С. 346 — 351.

6. Калинин А.Б., Теплинский И. З. Выбор оптимальных режимов работы активного катка // Сельский механизатор. 2015. № 5. С. 8 - 9.

7. Патент РФ № 2169446 А01В61/00 Пропашной фрезерный культиватор / В. А. Смелик, И. З. Теплинский, А. Б. Калинин, С. Б. Якушев. Опубл.: 27.06.2001, Бюл. № 18.

8. Патент РФ № 2477943 А0Ш23/02 Комбинированный ботвоуборочный агрегат / В. А. Смелик, И. З. Теплинский, О. В. Смелик, М. Н. Поликарпов. Опубл.: 27.03.2013, Бюл. № 9.

Определение линейной зависимости плотности от давления в конусном двухзаходном шнеке

В. В. Новиков, к.т.н. Д. Р. Ермолаева, аспирант, А. С. Грецов,

к.т.н, ФГБОУ ВО Самарская ГСХА

В Самарской ГСХА на кафедре «Сельскохозяйственный машины и механизация животноводства» разработана конструкция шнекового пресса, позволяющая производить отжим влаги из сельскохозяйственной продукции (рис. 1).

Устройство состоит из загрузочного бункера 2, корпуса 1, внутри которого установлен составной шнек, состоящий из трёх соосно установленных на приводном валу шнеков: подающего шнека 3, выполненного в виде двухзаходного шнека, прессующего шнека 4, имеющего на последнем витке прямоугольные радиальные прорези, и шнека 7, выполненного с уменьшением шага витка, образующих четыре зоны переработки

продукта (зона загрузки - I, зона сжатия - II, зона стабилизации давления - III, зона интенсивного сжатия - IV).

Подающий двухзаходный шнек выполнен в виде конусной втулки. При этом диаметр большего основания конусной втулки равен внешнему диаметру заднего витка прессующего шнека.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Цель работы — определить зависимость плотности исходного материала от давления в конусном двухзаходном шнеке.

Задачи исследования:

— установить преимущества двухзаходного шнека от однозаходного в процессе экструзионной обработки;

— дать аналитические зависимости изменения плотности от длины шнека;