CC BY
21
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 4 (84)
УДК 631.313.6
Технологические и энергетические параметры дисковых борон с параллельным расположением рядов
Е.В. Припоров, канд. техн. наук; М.А. Руденко, соискатель; В.А. Савенко, соискатель ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ
Обоснованы технологические и энергетические параметры дисковой бороны, при которых обеспечивается обработка почвы, отвечающая агротребованиям. В Краснодарском крае дисковые бороны с установкой сферических дисков на индивидуальной стойке используются для обработки почвы после пропашных под посев зерновых. Эти дисковые орудия позволяют обеспечить подготовку почвы под посев за 1 - 2 прохода. Основными энергетическими показателями дисковой бороны являются удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата и удельная мощность двигателя трактора на сферический диск. Установлена взаимосвязь этих параметров и доказано, что величина удельной мощности на единицу рабочей ширины захвата зависит прямо пропорционально от удельной мощности на сферический диск и обратно пропорционально - от расстояния между следами дисков. Показано, что качественная обработка почвы при условии непрерывной обработки почвы по рабочей ширине захвата обеспечивается при условии, что ширина захвата сферического диска равна или меньше расстояния между их следами. Доказана взаимосвязь ширины захвата дисковой бороны от общего числа дисков и расстояния между следами дисков. Установлено, что для обеспечения непрерывности обработки почвы угол атаки дисковой бороны должен превышать номинальное значение, при котором определяется рабочая ширина захвата. Установлено, что число дисков на единицу рабочей ширины захвата зависит обратно пропорционально от расстояния между следами дисков. Определено оптимальное число дисков, при котором будет обеспечена непрерывная обработка по ширине захвата в зависимости от расстояния между следами дисков. Доказано, что энергетические и технологические параметры дисковой бороны зависят от расстояния между следами дисков. Представлен алгоритм определения технологических и энергетических параметров дисковой бороны с рядным расположением сферических дисков.
Ключевые слова: дисковая борона, удельная мощность, ширина захвата, общее число дисков, мощность двигателя.
Авторами предложено техническое решение подачи материала на рассеивающий диск, которое существенно снижает отражение и повышает равномерность поверхностного распределения минеральных удобрений [1, 2]. Посев зерновых по ресурсосберегающей технологии целесообразно проводить зерновыми сеялками, оборудованными анкерным сошником, как доказано исследованиями [3, 4].
Дисковые бороны с параллельным расположением дисков на индивидуальной оси обеспечивают ресурсосберегающую технологию подготовки почвы под посев зерновых. В условиях Краснодарского края, когда уборка пропашных затягивается из-за дождей, эти дисковые орудия за один-два прохода обеспечивают подготовку почвы и позволяют своевременно выполнить посев зерновых [5].
Цель работы - обосновать технологические и энергетические параметры дисковой бороны, при которых обеспечивается обработка почвы, отвечающая агротребованиям.
Производством дисковых борон и дисковых мульчировщиков занимаются сравнительно крупные производители, в их числе ОАО «Белагромаш-Сервис имени В.М. Рязанова» (г. Белгород), ООО «Торговый дом БДМ-АГРО» (г. Краснодар), ООО «Торговый дом БДТ-АГРО» (г. Краснодар), ООО «ДИАС» (г. Краснодар) и другие.
Дисковые бороны с параллельным расположением сферических дисков имеют следующие
параметры рабочего органа: сферический диск «Ромашка», диаметр 560 мм и толщина 6 мм; масса 10,6 кг; число рядов - от двух до четырёх.
Исследование выполнено по результатам анализа технической характеристики дисковых борон и дисковых мульчировщиков, выпускаемых отечественными производителями.
Материал и методы исследования. Форма индивидуальной стойки для крепления сферического диска - жёсткая и упругая. Упругая стойка имеет две разновидности - S-образную и пружинную. Во время движения агрегата из-за наличия неровностей поля упругая стойка совершает низкочастотные колебания, обеспечивая самоочистку сферического диска от растительных остатков и налипшей почвы на скорости движения 15 - 18 км/ч. Во время колебания стойки сферический диск выполняет измельчение и заделку пожнивных растительных остатков и мульчирование почвы. Эти орудия получили название мульчировщиков. Сферический диск мульчировщика установлен не только под углом атаки, но и наклонён в вертикальной плоскости на угол до 10°. Величина угла наклона обеспечивает подрезание пласта в начальный момент контакта режущей кромки с почвой. Это создаёт предпосылки к работе сферического диска в качестве лемеха и отвала, что повышает качество крошения почвы. Недостатком наклона сферического диска в вертикальной плоскости является ухудшение заглубляющей способности диска, особенно на почвах с высокой плотностью.
Результаты исследования. Важный показатель, от которого зависит энергоёмкость операции, - удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата (кВт/м) и удельная мощность двигателя трактора на сферический диск (кВт/диск). Удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата определяется по выражению:
N
NB =—,
B
(1)
Общее число дисков дисковой бороны, очевидно, должно составлять:
По = ПрПдр, (3)
где пр - число рядов дисковой бороны; пдр - число дисков в ряду, шт.
Число дисков в ряду зависит от расстояния между соседними дисками в ряду и рабочей ширины захвата:
В
n = -
др
где NB - удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата, кВт/м; N - мощность двигателя трактора, кВт; В - рабочая ширина захвата агрегата, м.
Анализ данных технической характеристики выпускаемых двухрядных дисковых борон свидетельствует, что величина этого параметра зависит от числа рядов и находится в интервале от 24,09 до 32,62 кВт/м.
Трёхрядные дисковые бороны имеют величину удельной мощности двигателя трактора для агрегатирования в интервале от 32,01 до 41,29 кВт/м. Удельная мощность двигателя трактора для агрегатирования четырёхрядной дисковой бороны имеет минимальное значение 32,26 кВт/м (ООО «ТД БДТ-АГРО»), а максимальное - 41,29 кВт/м (ООО «ДИАС»). Удельная мощность на единицу рабочей ширины захвата зависит не только от угла атаки, но главным образом от нагрузки на диск. Отечественные дисковые бороны с шириной до 4 м имеют нагрузку на диск до 70 кг, а при большой ширине захвата - до 140 кг [5]. На заглубляющую способность диска влияет нагрузка на диск, что особенно важно на тяжёлых по механическому составу почвах. Увеличение нагрузки на диск приводит к росту потребной мощности двигателя трактора.
Рабочая ширина захвата дисковой бороны, при условии непрерывности обработки по ширине, определяется по выражению:
В = Ьпо, (2)
где Ь - расстояние между следами дисков, м; п0 - общее число дисков дисковой бороны, шт.
Анализ данных технической характеристики свидетельствует, что у производителей нет общего мнения по поводу величины расстояния между следами дисков, и оно находится в интервале от 0,15 до 0,1 м. Двухрядные дисковые бороны имеют расстояние между следами дисков в интервале от 0,14 до 0,15 м (ООО «ТД БДМ-АГРО»), для трёхрядных и четырёхрядных - в интервале от 0,12 до 0,1 м. Авторами на основе анализа дисковых борон установлено, что ширина захвата двухрядных дисковых борон отечественного производства не обеспечивает непрерывную обработку по рабочей ширине захвата, и по этой причине требуется дополнительная обработка [6, 7].
l
(4)
др
где /др - расстояние между соседними дисками в ряду, м.
Расстояние между соседними дисками при условии непрерывной обработки по ширине захвата, очевидно, примет вид:
/др = Пр Ь, (5)
а общее число дисков из выражения (3) с учётом выражения (4) будет равно:
В
по = 7 •
(6)
По выражению (6) следует, что общее число дисков зависит от рабочей ширины захвата и принятого значения расстояния между их следами.
Ширина полосы обработки одним сферическим диском определяется по известной формуле
[5]: -
b = 2sin a cos Рyjhn (2R cos p- en), (7)
где a - угол установки диска к направлению движения, угол атаки, град.; в - угол наклона диска в вертикальной плоскости, град.;
hn - допустимая высота колебания глубины обработки, м;
е - агротехнически допустимая высота между смежными проходами диска, м, 0,03 м. Полученное значение ширины захвата не учитывает способность почвы к сжатию и сдвигу, что несколько увеличивает величину этого параметра диска [5].
Зависимость ширины захвата диска от угла атаки сферического диска представлена на рисунке 1.
0,000
22.5
Угол атаки, град.
17.5
Рис. 1 - Зависимость ширины захвата от угла установки сферического диска
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 4 (84)
Исходными данными при построении графика были: hn = 0,03 м, e = 0,03 м, в = 0°.
По графику видно, что увеличение угла атаки сопровождается увеличением ширины захвата сферическим диском. Качественная обработка сферическим диском будет обеспечена в том случае, если ширина захвата будет превышать или будет равна расстоянию между следами смежных дисков [8].
Общее число дисков с учётом ширины захвата единичного диска составит:
b =-,B . (8)
2 sin a cos fiyjhn (2R cos P - e)
Удельная мощность двигателя трактора, приходящаяся на сферический диск, определяется по выражению:
b = По.
B
(13)
"n = ^,
(9)
Зависимость числа дисков на единицу рабочей ширины захвата от расстояния между следами представлена на рисунке 2.
где Nn - удельная мощность, приходящаяся на сферический диск, кВт/диск.
Анализ выражения (9) свидетельствует, что увеличение общего числа дисков приводит к резкому увеличению потребной мощности двигателя трактора, что вызвано ростом тягового сопротивления.
После выполнения несложных преобразований с учётом представленных зависимостей, удельная мощность на сферический диск будет равна:
N = N Ь. (10)
Анализ данных технической характеристики выпускаемых дисковых борон свидетельствует, что величина удельной мощности на диск находится в интервале от 3,33 до 4,13 кВт/диск.
Увеличение интенсивности измельчения пожнивных растительных остатков рабочим органом дисковой бороны достигается за счёт увеличения числа параллельных рядов, а при их числе, равном четырём, длина резки будет соответствовать агротребованиям.
Важными параметрами, характеризующими расстановку дисков бороны, являются число дисков, приходящихся на единицу ширины захвата, и величина расстояния между их следами. Число дисков на единицу рабочей ширины захвата определяется по выражению:
Пв = П°- (11)
Величина этого параметра характеризует расстановку дисков по ширине захвата и зависит от числа рядов и расстояния между следами дисков. С учётом выражения (6) число дисков на единицу рабочей ширины захвата составит:
пв = В (12)
Расстояние между следами дисков, при условии непрерывности обработки по ширине захвата, из выражения (6) составит:
Рис. 2 - Зависимость числа дисков на единицу рабочей ширины захвата от расстояния между следами
Анализ графика 2 свидетельствует, что для обеспечения расстояния между следами дисков в пределах 0,1 - 0,106 м число дисков на единицу рабочей ширины захвата должно составлять 9 - 10. Величина этого расстояния между следами дисков будет достигнута при угле установки диска к направлению движения в интервале 22 - 21,5°, как следует из рисунка 1.
Алгоритм определения конструктивных и энергетических параметров дисковой бороны сводится к следующему:
- выбирается расстояние между следами дисков от 0,1 до 0,106 м;
- задаётся рабочая ширина захвата дискато-ра В, м;
- определяется общее число дисков (6) и задаётся число рядов пр;
- определяется расстояние между дисками в ряду по выражению (5);
- по рисунку 1 на основе принятого значения расстояния между следами дисков определяется угол атаки сферического диска дисковой бороны;
- задаваясь значением удельной мощности на единицу рабочей ширины захвата ^ в интервале от 32,62 до 41,29 кВт/м определяется потребная мощность двигателя трактора.
Выводы
- технологические и энергетические показатели дисковой бороны зависят от величины расстояния между следами дисков;
- разработан алгоритм определения потребной мощности двигателя трактора, исходя из технологических и энергетических параметров дисковой бороны с рядным расположением сферических дисков;
- интенсивность измельчения пожнивных остатков достигается за счёт увеличения числа рядов и уменьшения расстояния между следами дисков до 0,1 м.
Литература
1. Пат. на изобретение RUS 2177216 14.03.2000. Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих материалов / Ю.И. Якимов, В.П. Иванов, Е.В. При-поров, В.П. Заярский, Г.И. Волков, О.Б. Селивановский; заявл. 14.03.2000; опубл. 27.12.2001.
2. Припоров Е.В. Центробежный аппарат с подачей материала вдоль лопаток. // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 3 (18). С. 243 - 247.
3. Припоров Е.В., Левченко Д.С. Анализ сошников сеялок ресурсосберегающих технологий посева зерновых // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 109. С. 379.
4. Рябомизов В.В., Припоров Е.В. Анализ сошников сеялок для посева зерновых // Вестник научно-технического творчества
молодёжи Кубанского ГАУ в 4-х т. Составит.: А.Я. Барчукова, Я.К. Тосунов; под ред. А.И. Трубилина; отв. ред. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2016. С. 143 - 146.
5. Сохт К.А., Трубилин Е.И., Коновалов В.И. Дисковые бороны и лущильники. Проектирование технологических параметров. Краснодар: КубГАУ, 2014. 69 с.
6. Припоров Е.В. Анализ полноты обработки почвы в междисковом пространстве двухследного дискового орудия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 1 (75). С. 85 - 88.
7. Припоров Е.В. Глобенко Д.С. Сравнительный анализ дисковых орудий // Теория и практика современной аграрной науки: сб. III национ. (всерос.) науч. конф. с междунар. участ. / Новосибирский государственный аграрный университет. Новосибирск, 2020. С. 83 - 86.
8. Войнов В.Н. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы дискаторов для ресурсосберегающей технологии обработки почвы (на примере почвенно-климатических условий Южного Урала): автореф. дис. ... канд. техн. наук. Челябинск, 2012. 24 с.
Припоров Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент Руденко Михаил Александрович, соискатель Савенко Владислав Андреевич, соискатель
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13
Е-mail: epriporov@bk.ru; miXail_rujenko_99@mail.ru; vLad.savenko.2000@qmail.com
Technological and energy parameters of disc harrows with parallel arrangement of rows
Priporov Evgeniy Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Rudenko Mikhail Alexandrovich, research worker
Savenko Vladislav Andreevich, research worker
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia
E-mail: epriporov@bk.ru; miXail_rujenko_99@mail.ru; vLad.savenko.2000@qmail.com
To justify the technological and energy parameters of the disk harrow, this provides soil treatment that meets agricultural requirements. In the Krasnodar Region, disk harrows with spherical disks mounted on an individual rack are used for tillage after plowing for grain crops. These disk tools allow you to prepare the soil for sowing grain after plowing in one or two passes. The main energy indicators of a disk harrow are the specific power of the tractor engine per unit of working width and the specific power of the tractor engine per spherical disk. The relationship of these parameters is established and it is proved that the value of the specific power per unit of the working width of the capture depends directly on the specific power per spherical disk and inversely on the distance between the tracks of the disks. It is known that high-quality tillage, provided that the working width of the soil is continuously tilled, is provided if the width of the spherical disk is equal to or less than the distance between their tracks. The relationship between the width of the disk harrow and the total number of disks and the distance between the tracks of disks is proved. It is established that to ensure the continuity of soil cultivation, the angle of attack of the disk harrow must exceed the nominal value at which the working width of the capture is determined. It is proved that the number of disks per unit of working width depends inversely on the distance between the tracks of disks. The optimal number of disks has been set to ensure continuous processing across the width of the capture, depending on the distance between the disk tracks. It is proved that the energy and technological parameters of a disk harrow depend on the distance between the tracks of disks. An algorithm for determining the technological and energy parameters of a disk harrow with a row of spherical disks is presented. Key words: disk harrow, specific power, capture width, total number of disks, engine power.
DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-141-145
-♦-
