CC BY
22
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 635.25/26:631.314.2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ЗАДЕЛКИ ЛУКОВИЦ ЛУКА-СЕВКА В БОРОЗДЕ ДИСКОВЫМ ЗАДЕЛЫВАЮЩИМ ОРГАНОМ С ПОЧВОНАПРАВИТЕЛЯМИ
П. А. Емельянов, доктор технических наук, профессор; А. В. Сибирёв, аспирант ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, е-таИ: sibirev2011@yandex.ru
Разработана конструктивно-технологическая схема дискового заделывающего органа с почвонаправителями, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние конструктивных и технологических параметров на технологический процесс его работы.
Проведены теоретические исследования рабочего процесса дискового заделывающего органа с почвонаправителями и получены аналитические зависимости для определения траектории движения частиц почвы по его рабочей поверхности, уравнения движения частиц почвы после отрыва от поверхности почвонаправителя для определения технологических параметров: угла атаки дискового заделывающего органа и межосевого расстояния между его дисками.
Ключевые слова: дисковые заделывающие органы, почвонаправитель, лук-севок, технологические параметры, траектория движения, угол атаки, межосевое расстояние.
Введение.
Лук - ценная продовольственная культура. По прогнозам МСХ РФ и результатам маркетинговых исследований журнала Ви-sinesStat, в 2011-2015 гг. валовой сбор лука-репки в России будет расти и к 2015 г. должен превысить 6,7 млн. т [1].
Наиболее ответственной операцией при возделывании луковичных культур является посадка луковиц, так как при этом необходимо обеспечить равномерность распределения луковиц вдоль рядка и ориентированную подачу их в почву донцем вниз с последующим сохранением этого положения при заделке почвой [2, 3], для чего в настоящее время разработаны специальные устройства [4]. Однако в результате взаимодействия луковицы с заделывающими органами до 50 % луковиц теряет заданное положение донцем вниз, что ведет к снижению урожайности луковичных культур в 2-3 раза [5]. Поэтому нами предлагается дисковый заделывающий орган с поч-
вонаправителями, который не нарушает заданное положение луковиц при их заделке.
Дисковый заделывающий орган с почвонаправителями работает следующим образом.
При движении машины нижняя часть каждого диска (рис. 1) заглубляется в почву на глубину h и почвонаправитель 1 поднимает пласт почвы А1В1С1 (положение I), причем почвонаправитель 8 занимает положение почвонаправителя 1 за период времени, когда почвонаправитель 1 поднимет, переместит и сбросит почву в борозду (положение II).
В момент времени, когда почвонапра-витель 8 поднимет, переместит и сбросит почву в борозду пласт А2В2С2, почвонаправитель 7 поднимет пласт почвы А3В3С3 (положение III).
В то время, когда почвонаправитель перемещает и сбрасывает почву в борозду, дисковый заделывающий орган движется по участку борозды L, свободной от того
Нива Поволжья № 2 (31) 2014 51
количества почвы, которым сферический диск дискового заделывающего органа воздействовал бы на луковицу без наличия почвонаправителя, сдвигая его в продольном направлении в сторону его поступательного движения, тем самым сохраняя исходное положение луковиц в борозде после их заделки почвой [6].
Во время работы дискового заделывающего органа с почвонаправителями частица почвы, расположенная на почвонапра-вителе, под действием приложенных сил совершает сложное движение: вместе с дисковым заделывающим органом совершает вращательное движение - переносное движение частицы почвы и одновременно частица почвы движется вдоль поверхности почвонаправителя - относительное движение.
Обоснование и аналитический вывод уравнений по определению основных параметров ротационных рабочих органов пассивного привода нуждаются в дополнительных теоретических и экспериментальных исследованиях [7, 8].
Методика исследований.
Для определения движения частиц почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа воспользуемся дифференциальными уравнениями Лагранжа второго рода, решением которых определим искомые уравнения движения частиц почвы.
Для механической системы, находящейся в потенциальном силовом поле, активная обобщенная сила соответствующая 1-й обобщенной координате, равна [9-12]
¿и ¿)П ^ = ----— 0)
(2)
где И = ■■■ СИЛОвая Функ-
ция, характеризующая свойства силового поля, Н;
П = ,., - потенциаль-
ная энергия, Дж;
частная производная по обобщенной координате qj.
Так как в нашем случае механическая система находится в потенциальном силовом поле, то на частицу почвы действуют только потенциальные силы, следовательно, уравнения Лагранжа второго рода запишутся в виде [9 - 12]
£('£Г\ £Г __£П_
где 1 - число степеней свободы механической системы, 1 = 1,2, 3... Б;
ЙТ
-- частные производные кинетиче-
8<\1
ской энергии по обобщенным скоростям С^;
5Т
частные производные кинети-
&ЦХ
ческой энергии по обобщенным координатам qj.
В качестве обобщенных координат выберем перемещение вдоль оси XI (рис. 2), определяющее положение частицы почвы в зависимости от радиуса кривизны почво-направителя р, перемещение вдоль оси уь определяющее положение частицы почвы в зависимости от изменения угла а между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения диска (угол атаки), также перемещение вдоль оси х\, фиксирующее положение частицы поч-
вы в зависимости от изменения угла р, наклона дискового заделывающего органа к вертикали.
При этом обобщенные координаты хь У1 и х1 связаны с системой координат охуг соотношением
(3)
где ф— угол поворота точки почвонапра-вителя, рад;
= ^ (4)
где ^ — угловая скорость дискового заделывающего органа, рад/с;
Т — время поворота точки, с.
Так как число уравнений Лагранжа второго рода при наличии идеальных и голо-номных связей равно числу степеней свободы системы, то в нашем случае следует записать три уравнения Лагранжа для обобщенных координат [9-12]
(5)
где
ет 8т зт
1 * && I
_ частные производ-
ные кинетической энергии по обобщенным скоростям Уд. i
£Т ЙГГ ЙТ
___частные производные кинетической энергии по обобщенным
координатам Х3, Kj.
Для определения обобщенных сил системы рассмотрим активные силы (рис. 2), действующие на частицу почвы в точке В, в промежуточном положении.
Единственной активной силой является сила тяжести G частицы почвы.
Силовая функция представляет собой потенциальную энергию системы [9-12] и определяется выражением И = mgz = -mg(7j sin ott - Zj cos ut), (6) где m — масса частицы почвы, кг;
г — ускорение свободного падения, м/с2.
Дадим системе три независимых обобщенных возможных перемещения ^íí],
Для определения обобщенной силы Qj дадим системе возможное перемещение a 5vj и будем считать равными нулю, то есть Ф 0, £>У" =
Z-Z- = .'. Это означает, что частица почвы совершает движение по поверхности почвонаправителя на участке радиуса кривизны р по оси на SXj.
А
■т I
Рис. 2. Расчетная схема к выводу уравнения движения частицы почвы, движущейся по рабочей поверхности почвонаправителя
Нива Поволжья № 2 (31) 2014 53
Обобщенная сила С^ определяется выражением
Для определения обобщенной силы - дадим системе возможное перемещение а и будем считать равными нулю, то есть ^ 0, = О,
М- = л Это означает, что частица почвы совершает движение вдоль поверхности почвонаправителя по оси у^ на
Тогда обобщенная сила определяется выражением
Для определения обобщенной силы дадим системе возможное перемещение йг^ а и ¿¡Уд будем считать равными нулю,
то есть ¿2 ц 5= О, = 0, Йу1 = 0. Это означает, что частица почвы совершает вращательное движение вокруг оси на величину перемещения §2- ■
Обобщенная сила Од равна
Кинетическая энергия частицы почвы равна [9, 10, 11]:
гт,
Т =
2
(10)
где > а
Уа — абсолютная скорость частицы почвы, м/с.
Для определения абсолютной скорости
V. движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа, положение которой на дисковом заделывающем органе определяется точкой В (рис. 3), рассмотрим ее в промежуточном положении на почвонапра-вителе, совершающей сложное движение -относительное и переносное соответственно со скоростями уг и
Абсолютная скорость точки В определяется по теореме косинусов [9, 10, 11]:
(9)
= , V,- - V; - (11)
где Уг — относительная скорость частицы почвы, м/с;
переносная скорость частицы почвы, м/с;
£$■ — угол между векторами Уг и Уе, град.
Исходя из схемы рисунка 3 можно сделать вывод о том, что вектор абсолютной
скорости частицы почвы расположен в плоскости, положение которой зависит от
Ы
Рис. 3. Расчетная схема к определению абсолютной скорости движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа
величины и скорости переносного движения частицы почвы, и направлен в борозду.
Скорость относительного движения частицы почвы определим как
'Л- = , (12)
где х^ — обобщенная скорость по координате х^
".'"- — обобщенная скорость по координате у:;
I. — обобщенная скорость по координате Z- ■
Переносное движение частицы почвы определяется по формуле
= (13)
В векторной форме относительная и переносная скорости движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя имеют вид
= (14)
где Г — орт оси К^,
]" — орт оси у-,;
к — орт ОСИ Ъ ■ .
После проведения соответствующих математических преобразований имеем
= (15)
Угол между векторами относительной и поступательной скоростей определяется [13-16]:
СОЕ Я± = —
(16)
После подстановки выражений (14), (15) в (11) получим значение абсолютной скорости частицы почвы
Таким образом, уравнение кинетической энергии запишется в виде
+ Ул + ¿1 + + + - 2ои1у1}
2
Для составления искомых уравнений Лагранжа второго рода вычислим производные кинетической энергии по обобщенным скоростям У] и :
Далее вычислим частные производные кинетической энергии (19) по обобщенным
координатам уа и Ъ-:
(20)
Подставив результаты вычислений в уравнение Лагранжа второго рода, получим дифференциальные уравнения движения частицы почвы по поверхности поч-вонаправителя дискового заделывающего органа:
[ту] - шшг ] - - тыИ] = -т§ вш и^
(21}
(тг] - шш^] - тьа'г] - тод = т§ес£ и£
Решая систему уравнений (21) с учетом начальных условий, при 1=0 (у1] = 0, = = I - = .;) имеем:
где Ер. — координата, определяющая положение частицы почвы на оси;
в момент времени I = 0, м. I; = -о (23)
где р — радиус кривизны почвонаправителя, м;
угол между горизонтальным диаметром диска и направлением его поступательного движения, град.
Результаты.
После математических преобразований получаем искомые дифференциальные уравнения движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа в проекции на координатные оси:
(18)
Нива Поволжья № 2 (31) 2014 55
Выводы.
Таким образом, теоретические исследования позволили получить уравнения для определения траектории движения частицы почвы по рабочей поверхности почво-направителя дискового заделывающего органа (24), дальнейшее исследование которых позволяет определить уравнения движения частиц почвы после отрыва от поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа в зависимости от изменения технологических параметров, таких как угол атаки дискового заделывающего органа и межосевое расстояние между дисками заделывающего органа.
Лабораторные исследования дискового заделывающего органа с почвонаправите-лями позволили установить интервалы нахождения оптимальных значений исследуемых параметров, влияющих на качество заделки луковиц лука-севка. Максимальное количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз (80...85 %) достигается при угле атаки дискового заделывающего органа с почвонаправителями 20.25 град., межосевого расстояния между дисками заделывающего органа 0,1.0,15 м, поступательной скорости движения дискового заделывающего органа 0,95.1,15 м/с, частоте вращения дискового заделывающего органа 168-180 мни-1-
Литература
1. Анализ рынка свежих овощей и грибов в России в 2006-2010 гг, прогноз на 2011-2015 гг // Маркетинговое исследование. - 2011. - 201 с. [Электронный ресурс] URL: http: // businesstat. ru...surveys...and vegetables, vegetables/
2. Гануш, Г. И. Формирование конкурентных преимуществ продукции овощеводства / Г. И. Гануш, Н. Н. Давидович // Вестник Алтайского государственного университета. - 2007. -№ 1. - С.83.
3. Емельянов, П. А. Ориентирование луковиц в воронках с упругими элементами // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 10. - С.45.
4. Ларюшин, Н. П. Машина для посева лука-севка / Н. П. Ларюшин, К. З. Кухмазов, О. Н. Кухарев // Сельский механизатор. - 2000. - № 11. - С. 11.
5. Емельянов, П. А. Теоретические предпосылки процесса заделки луковиц в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирев, А. Г. Аксенов // Нива Поволжья. - 2012. - № 3(24). - С. 33-36.
6. Емельянов, П. А. Экспериментальные исследования по определению количества почвы для качественной заделки луковиц лука-севка в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирев,
A. Г. Аксенов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2014. - № 1. - С. 25-27.
7. Булгариев, Г. Г. Обоснование и определение основных параметров спирально-пластинчатого рабочего органа / Г. Г. Булгариев, Р. Г. Юнусов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013. - № 3(29). - С. 57-61.
8. Ларюшин, Н. П. Конструктивно-режимные параметры копателя лука-репки / Н. П. Ларюшин, А. М. Ларюшин, В. Н. Кувайцев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2010. - № 6.
- С. 16-18.
9. Ларюшин, Н. П. Теоретическое исследование рабочего процесса барабанной картофелесажалки / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, В. С. Бочкарев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 3. - С. 19-24.
10. Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах: В 3-х томах. Т 2. Динамика / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон. - М.: Наука, 1985. - 560 с.
11. Лойцянский, Л. Г. Курс теоретической механики: В 2-х томах. Т. 2. Динамика / Л. Г. Лой-цянский, А. И. Лурье. - М.: Наука, 1983. - 640 с.
12. Мерзон, В. И. Теоретическая механика / В. И. Мерзон. - М.: Высшая школа, 1972. - 273 с.
13. Мачнев, В. А. Обоснование возможности применения направителя-распределителя семян при подпочвенно-разбросном посеве / В. А. Мачнев, А. В. Мачнев, М. А. Ларин // Известия Самарской ГСХА. - 2012. - № 3. - С. 13-19.
14. Кувайцев, В. Н. Разработка выкапывающего устройства копателя лука-репки с обоснованием конструктивных и режимных параметров: дис. . канд. техн. наук: 05.20.01 / В. Н. Кувайцев.
- Пенза, 2011. - 149 с.
15. Кувайцев, В. Н. Разработка выкапывающего устройства копателя лука-репки с обоснованием конструктивных и режимных параметров: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.20.01 /
B. Н. Кувайцев. - Пенза, 2011. - 18 с.
16. Ларюшин, Н. П. К вопросу теоретического обоснования ориентированного посева лука-севка / Н. П. Ларюшин, К. З. Кухмазов, О. Н. Кухарев // Актуальные агроинженерные проблемы АПК: сб. науч. трудов Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2001. - С. 195-197.
UDK 635.25/26:631.314.2
THEORETICAL STUDIES OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF EMBEDDING BULBS OF ONION SET IN THE FURROW WITH DISC-COVERING BODY EQUIPPED BY SOIL GUIDES
P.A. Yemelyanov, doctor of technical sciences, professor; A.V. Sibiryov, post graduate
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, e-mail: sibirev2011@yandex.ru
The article deals with construction-technological scheme of disc-covering body equipped by soil guides. The regularities characterizing the influence of constructive and technological parameters on the process of its operation have been theoretically substantiated.
Theoretical investigation of the workflow process of the disk covering body with soil guides has been conducted and analytical dependences for definition of a trajectory of motion of soil particles on its working surface have been obtained. The equations of motion of particles of soil after separation from the surface of soil guide for determining the technological parameters: the angle of attack disk covering of the body and inter-axial space between the disks have been developed. The experimental tests of the operation of the disc-covering body equipped by soil guides were conducted in the laboratory and field conditions on the onion planting machine.
Key words: disc covering bodies, soil guide, onion set, technological parameters, trajectory of motion, the angle of attack, inter-axial space.
References
1. The analysis of the market of fresh vegetables and mushrooms in Russia in 2006-2010, the forecast for the period of 2011-2015 [Electronic resource] // Marketing research. - 2011. - 201 p. Mode of access: http: // businesstat. EN surveys......and vegetables vegetables.../
2. Ganush, G. I. Formation of competitive advantages of vegetable products / G. I. Ganush, N. N. Davidovich // Vestnik of the Altai state university. - 2007. - № 1. - 83 p.
3. Emelyanov, P. A. Orientation of bulbs in hoppers with elastic elements // Mechanization and electrification of agriculture. - 2010. - № 10. - 4 p.
4. Larushin, N. P. The machine for planting onion set / N.P. Larushin, K. H. Kuchmasov, O. N. Kuk-harev // Selsky mekhanizator. - 2000. - № 11. - 11 p.
5. Emelyanov, P. A. Theoretical background of the process of fixing the bulbs in the furrow / P. A. Emelyanov, A.V. Sibirev, A. G. Aksenov // Niva Povolzhya. - 2012. - № 3(24). - P. 33-36.
6. Emelyanov, P. A. Experimental studies to determine the amount of soil for quality planting bulbs of onion set in the furrow / P. A. Emelyanov, A.V. Sibirev, A. G. Aksenov // Tractors and agricultural machines. - 2014. - № 1. - P. 25-27.
7. Bulgariev, G.G. Substantiation and definition of the main parameters of the spiral plate working body / G.G.Bulgariev, R.G. Yunusov // Vestnik of Kazan state agrarian university. - 2013. - № 3(29). -P. 57-61.
8. Larushin, N. P. Structural and mode parameters of the grinder of bulb onion / N. P. Larushin, A. M. Larushin, V. N. Kuvaitsev // Tractors and agricultural machines. - 2010. - № 6. - P. 16-18.
9. Larushin, N. P. Theoretical study of working process of drum planter / N. P. Larushin, O. N. Kuk-harev, V. S. Bochkarev // Izvestiya of Samara state agricultural academy. - 2012. - № 3. - P. 19-24.
10. Bat, M. I. Theoretical mechanics in examples and tasks: In 3 volumes. Vol. 2. Dynamics / M. I. Bat, G. Yu. Janelidze, A. S. Kelzon. - M: Nauka, 1985. - 560 p.
11. Loitsyansky, L.G. The course of theoretical mechanics: In 2 volumes. Vol. 2 Dynamics / L.G. Loitsyansky, A. I. Lurie. - M: Nauka, 1983. - 640 p.
12. Merzon, V. I. Theoretical mechanics / V.I. Merzon: Vysshaya shkola, 1972. - 273 p.
13. Machnev, V. A. Substantiation of possibility to use the guiding equipment-distributor of seeds during subsoil-widespread planting / V. A. Machnev, A. V. Machnev, M. A. Larin // Izvestiya of Samara state agricultural academy. - 2012. - № 3. - P. 13-19.
14. Kuvaitsev, V. N. Development of the excavating device of the digger of onion bulb with the substantiation of the design and operating parameters: dis. ... cand. of technical sciences: 05.20.01 / V. N. Kuvaitsev. - Penza, 2011. - 149 p.
15. Kuvaitsev, V. N. Development of the excavating device of the digger of onion bulb with the substantiation of the design and operating parameters: Abstract dis. ... cand. of technical sciences: 05.20.01 / V.N. Kuvaitsev. - Penza, 2011. - 18 p.
16. Larushin, N. P. To the question about theoretical substantiation of the oriented sowing of onion set / N. P. Larushin, K.Z. Kukhmazov, O. N. Kukharev // Actual agro-engineering problems of AIC: collection of scientific papers of Volga inter-university conference. - Samara, 2001. - P. 195-197.
Нива Поволжья № 2 (31) 2014 57
