CC BY
5
Anton M. Sivokon, postgraduate, anton.sivokon.a177bb@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-7705-7019
Natalia N. Sennikova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, sennikovan.n@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6049-823X
Ekaterina I. Reshetnik, Doctor of Technical Sciences, soia-28@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3166-9992
Viktor V. Epifantsev, Doctor of Agriculture, viktor.iepifantsiev.59@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7047-0134
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 26.01.2023; одобрена после рецензирования 15.02.2023; принята к публикации 05.03.2023.
The article was submitted 26.01.2023; approved after reviewing 15.02.2023; accepted for publication 05.03.2023.
-Ф-
Научная статья
УДК 631.372:629.114.2
Влияние липкости почвы на эффективность работы колёсного агрегата
Евгений Владимирович Маршанин1, Роман Олегович Сурин1, Дмитрий Владимирович Беляков2,
Андрей Валентинович Михайлов2, Евгений Евгеньевич Кузнецов1, Сергей Васильевич Щитов1
1 Дальневосточный государственный аграрный университет, Благовещенск, Россия
2 Дальневосточное высшее общевойсковое командное училище, Благовещенск, Россия
Аннотация. Большое влияние на работу машинно-тракторных агрегатов при возделывании сельскохозяйственных культур оказывают климатические факторы и состояние почвенного фона, в частности его физико-механические свойства. Не всегда заложенные производителем конструктивно-технологические параметры машины выдерживаются строго и соответствуют проведённым расчётам. Современная сельскохозяйственная техника и энергетические средства адаптированы, как правило, к западным регионам страны. В дальневосточных регионах страны, в частности в Амурской области, почвы под сельхозкультуры представлены в основном глинозёмами высокой степени липкости, что существенно снижает эксплуатационные свойства машинно-тракторных агрегатов и в конечном итоге приводит к дополнительным затратам энергии, а следовательно, к снижению эффективности их использования. В статье представлены результаты исследований, направленных на повышение эффективности использования колёсных энергетических средств в составе сельскохозяйственных агрегатов на почвах с повышенной липкостью. Предложен комбинированный очиститель протектора колёсного движителя, позволяющий провести очищение протектора колеса от налипшей почвы в движении. Получена формула для определения силы, необходимой на отрыв почвы от колёсного движителя. Проанализированы тяговые характеристики серийного и экспериментального трактора МТЗ-82.1 с установленным устройством предложенной конструкции на бороновании с дисковой бороной БДМ-2,6. За счёт очищения движителя от почвы повышается тяговое усилие, развиваемое трактором, снижается величина буксования, увеличивается производительность машинно-тракторного агрегата, уменьшается расход топлива на единицу обработанной площади, улучшаются топливно-энергетические показатели.
Ключевые слова: трактор, колесо, грунтозацеп, почва, физико-механические свойства, липкость, налипание, площадь опоры.
Для цитирования: Влияние липкости почвы на эффективность работы колёсного агрегата / Е.В. Маршанин, Р.О. Сурин, Д.В. Беляков и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 2 (100). С. 109 - 114.
Original article
Influence of soil stickiness on the efficiency of the wheel unit
Evgeny V. Marshanin1, Roman O. Surin1, Dmitry V. Belyakov2,
Andrey V. Mikhailov2, Evgeny E. Kuznetsov1, Sergey V. Shchitov1
1 Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk, Russia
2 Far East Higher Combined Command Military School, Blagoveshchensk, Russia
Abstract. Climatic factors and the state of the soil background, in particular its physical and mechanical properties, have a great influence on the operation of machine-tractor units in the cultivation of crops. Not always the design and technological parameters of the machine laid down by the manufacturer are maintained strictly and correspond to the calculations. Modern agricultural machinery and energy facilities are usually adapted to the western regions of the country. In the Far Eastern regions of the country, in particular in the Amur region, soils for agricultural crops are mainly represented by alumina of a high degree of stickiness, which significantly reduces the operational properties of machine and tractor units and ultimately leads to additional energy costs, and, consequently, to a decrease in the efficiency of their use. The article presents the results of studies aimed
at improving the efficiency of the use of wheeled power vehicles as part of agricultural units on soils with increased stickiness. A combined wheel tread cleaner is proposed, which makes it possible to clean the wheel tread from adhering soil in motion. A formula has been obtained for determining the force required to separate the soil from the wheel mover. The traction characteristics of the serial and experimental MTZ-82.1 tractor with the installed device of the proposed design for harrowing with the BDM-2.6 disc harrow are analyzed. Due to the cleansing of the mover from the soil, the traction force developed by the tractor increases, the amount of slippage decreases, the productivity of the machine-tractor unit increases, fuel consumption per unit of cultivated area decreases, and fuel and energy indicators improve.
Keywords: tractor, wheel, lug, soil, physical and mechanical properties, stickiness, sticking, support area.
For citation. Influence of soil stickiness on the efficiency of the wheel unit / E.V. Marshanin, R.O. Surin, D.V. Belyakov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 100(2): 109-114. (In Russ.).
Проведённые ранее исследования и производственные наблюдения позволили сделать обоснованный вывод о том, что в Амурской области на тягово-сцепные свойства энергетического средства значительное влияние оказывает липкость почвы, что в конечном итоге снижает эффективность работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) [1 - 3]. Установлено, что липкость не позволяет полностью выдержать агро-технологические показатели при проведении сельскохозяйственных работ, так как происходит залипание как рабочих органов сельскохозяйственных машин, особенно при подготовке почвы под посев и непосредственно при проведении посевных или посадочных работ, так и движителей агрегатируемых энергетических средств. В конечном итоге залипание сказывается не только на качестве проведения работ, но и увеличивает силы сопротивления сельскохозяйственных машин и орудий, вызывая увеличение энергозатрат в технологии возделывания сельскохозяйственных культур [4, 5], повышая стоимость единицы продукции. Залипание рабочих органов колёсных энергетических средств также значительно снижает их тягово-сцепные свойства и скоростные характеристики МТА, повышая буксование.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о необходимости адаптации сельскохозяйственной техники, особенно колёсных энергетических средств, к эксплуатации на почвах, обладающих высокой липкостью [6, 7]. Решить эту важную сельскохозяйственную задачу возможно за счёт внедрения новых и эффективных технических решений, направленных на снижение отрицательного воздействия липкости почвы на тягово-сцепные свойства колёсных энергетических средств, что является важным направлением деятельности научных и инженерных школ в условиях зон рискованного земледелия [8].
Цель исследования — повышение эффективности использования колёсных энергетических средств (на базе колёсного трактора) за счёт улучшения реализации тягово-сцепных свойств движителя.
Задача исследования - проверить влияние устройства для пурификации (очищения) поверхности движителя на тягово-сцепные свойства
сельскохозяйственного агрегата в различных режимах использования.
Материл и методы. При проведении производственных испытаний, направленных на повышение эффективности использования машинно-тракторных агрегатов, установлено, что в условиях Амурской области при проведении сельскохозяйственных работ происходит полное залипание протектора колёсного энергетического средства (рис. 1).
Для повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур предлагается конструкция дополнительного устройства для очищения протектора колёсного энергетического средства и обосновываются математические зависимости, определяющие усилия, необходимые на удаление почвы с поверхности движителя при работе очищающего устройства.
Рис. 1 - Фрагмент проведения производственных испытаний на вспашке: полное залипание протектора колёсного энергетического средства
Как видно на рисунке, в результате взаимодействия колеса с почвой происходит полное залипание протектора, что не позволяет максимально реализовать тягово-сцепные свойства энергетического средства, так как в данном случае грунтозацепы не выполняют заложенные в них заводом-изготовителем сцепляющие с поверхностью движения свойства, что снижает эффективность проведения сельскохозяйственных работ.
В целях устранения этого эффекта предложено устройство, позволяющее провести очищение протектора колеса от налипшей почвы в движении - комбинированный очиститель протектора колёсного движителя (патент РФ N° 164615, МКИ В 60 S1/54). Опытное устройство представлено на рисунке 2.
Принципиальная схема и системные элементы конструкции представлены на рисунке 3.
Фрагмент испытаний МТА с предлагаемым устройством приведён на рисунке 4.
Результаты и обсуждение. Ранее теоретическими исследованиями [9] была получена
математическая зависимость для определения усилия, необходимого на удаление почвы из рисунка протектора, которую можно записать в следующем виде:
Fуд = 2fNS1 + КЗ + К^З + Fотр, (1) где/ - коэффициент трения почвы о боковую поверхность грунтозацепа; N - сила нормального давления почвы на боковую поверхность грунтозацепа, Н; £1 - площадь контакта почвы с боковой поверхностью грунтозацепа, м2; К - коэффициент удельного прилипания почвы, находящейся между грунтозацепами (нормальное давление отсутствует); £ - площадь контакта почвы, заключённой между грунтозацепами, с поверхностью движителя, м2;
К1 - коэффициент удельного прилипания почвы, заключённой между грунтозацепами, от воздействия нормального давления; ^отр - сила, необходимая для отрыва слоя почвы, аключённой между грунтозацепами от поверхности движителя, Н.
Рис. 2 - Общий вид комбинированного очистителя протектора колёсного движителя
Рис. 3 - Принципиальная схема комбинированного очистителя протектора колёсного движителя:
1 - несущая ось; 2 - металлическая трубчатая ось со сквозными горизонтальными отверстиями; 3 -кронштейн крепления; 4 - ось крепления вычищающих органов; 5 - съёмные полимерно-композитные очистители с лучеобразными вычищающими элементами; 6 - направляющая регулируемой опоры; 7 -опорная площадка; 8 - продольные регулировочные вырезы; 9 - регулируемая опора
Рис. 4 - Фрагмент испытаний МТА с вычищающим устройством на пахоте
Для определения усилия, необходимого для удаления почвы, с учётом площади контакта проведём математические преобразования. Выразим площадь Б контакта почвы с боковой поверхностью грунтозацепа через высоту h и длину Ь и получим необходимую формулу:
Fуд = 2fNLh + КБ + К^Б + Fотр. (2) Учитывая, что ранее нами была получена формула для определения Б - площади контакта почвы, заключённой между грунтозацепами, с поверхностью движителя, получим конечную формулу для определения усилия Куц, необходимого для удаления почвы:
Fуд = 2 /ЫЬк +
+К ■
32Ы 2
п5 (2п +1)5 Г
х2
п=0
. (2п + 1)пГа, . (2п + 1)пГа2 sm---—- - sm
I
I
(2п + 1)пх1 (2п + 1)пх2
I
I
+К1М ■
X 2 I cos
п=0
32М 2
п5(2п +1)5 Г
(2п + 1)пГа, . (2п + 1)пГа2 х 2 | sm----1 - sm----2 |х
Х2и03(2п + 1)ПХ1 - coS(2n + 1)ПХ2
(3)
I
I
+ Кот
где Ь - длина грунтозацепа, м; h - высота грунтозацепа,м; п - количество оборотов вычищающего элемента;
а - угол отклонения вычищающего элемента, градус;
х - изменение траектории следа вычищающего элемента, м;
п - математическая постоянная. Таким образом, анализируя полученную формулу (3), можно отметить, что сила, которую необходимо затратить на удаление почвы, зависит от физико-механических характеристик почвы и конструктивно-технологических параметров колёсного движителя.
В результате проведённых исследований была получена формула для определения силы, необходимой на отрыв почвы от колёсного движителя. Зная эту формулу, можно определить конструктивно-технологические параметры предлагаемого устройства для очищения движителя (комбинированный очиститель протектора колёсного движителя). Хозяйственные испытания предлагаемого устройства в условиях производственной эксплуатации позволили проанализировать в сравнительном аспекте тяговые характеристики серийного трактора МТЗ-82.1 с дисковой бороной БДМ-2,6 и экспериментального агрегата с устройством предложенной конструкции (рис. 5).
По результатам анализа сравнительной тяговой характеристики были сделаны следующие выводы:
- использование трактора с установленным устройством позволяет снизить величину буксования по сравнению с серийным. Так, при тяговом усилии 10,5 кН буксование серийного трактора
+
X
п=0
п=0
теоретические зависимости; экспериментальные зависимости
Рис. 5 - Тяговая характеристика трактора класса 1,4 серийного и экспериментального с устройством для очищения протектора на транспортных работах:
1 - трактор экспериментальный; 2 - трактор серийный
составляло 27,6 %, а у экспериментального -16,9 %, или на 40,9 % меньше;
- с повышением тягового усилия интенсивность возрастания величины буксования у серийного трактора больше по сравнению с экспериментальным.
Характер протекания процесса говорит о повышении тягово-сцепных свойств экспериментального трактора по сравнению с серийным. Так, при величине буксования d = 20 % тяговое усилие серийного трактора составляло 8,0 кН, а у экспериментального - 11,2 кН. Снижение тягово-сцепных свойств трактора ведёт к снижению рабочей скорости движения и тяговой мощности.
Также установлено, что использование устройства для очищения движителя повышает тяговую мощность трактора на 12,1 % по сравнению с серийным вариантом КЭС.
Предлагаемое устройство в сравнении с ранее известными техническими решениями [10 - 13] также обладает высокими надёжностными характеристиками, удобством в обслуживании и эксплуатации, что, несомненно, выделяет его в техническом уровне современной сельскохозяйственной техники.
Выводы. В результате проведённых теоретических и производственных испытаний установлено, что предлагаемое устройство для очищения движителя (комбинированный очиститель протектора колёсного движителя) может быть использовано в реальных условиях эксплуатации Амурской области. За счёт очищения движителя от почвы повышается тяговое усилие, развиваемое трактором, снижается величина буксования, увеличивается производительность машинно-тракторного агрегата, уменьшается расход топлива на единицу обработанной площади, улучшаются топливно-энергетические показате-
ли, что в конечном итоге повышает эффективность использования машинно-тракторных агрегатов на почвах, обладающих повышенной влажностью.
Список источников
1. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В. Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография. Благовещенск: Изд-во Дальневосточного ГАУ, 2017. 272 с.
2. Практикум по сельскохозяйственным машинам / В.А. Скотников, В.Н. Кондратьев, Р.С. Сташинский и др. Минск: Урожай, 1984. 375 с.
3. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. М.: ВИСХОМ, 1960. 269 с.
4. Алдошин Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 4. С. 26 - 27.
5. Худовец В.И., Щитов С.В. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография. Благовещенск: ДальГАУ, 2013. 153 с.
6. Шишлов С.А., Редкокашин А.А., Шапарь М.С. Качественная предпосевная обработка почвы и посев -залог высокого урожая сои // Научное обозрение. 2015. № 15. С. 23 - 27.
7. Belyaev V.I., Fruhauf M., Mainel T. Ecological Consequences of Conversion of Steppe to arable Land in Western Siberia. Europa Regional. 2004; 4(1): 13-21.
8. ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт экономики сельского хозяйства: [Электронный ресурс]. URL: http://www.vniiesh.ru (дата обращения: 01.12.2022).
9. Повышение тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства на почвах с высоким коэффициентом липкости / Е.В. Маршанин, Д.В. Беляков, Е.С. Поликутина и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 83 - 87.
10. Щитов С.В., Кузнецов Е.Е., Рыбаков С.А. Исследование тягово-сцепных свойств энергетических средств в зависимости от залипания колёсного движителя // Техника и оборудование для села. 2015. № 12. С. 18 - 20.
11. Шуравин А.А., Кузнецов Е.Е. Способ корректирования тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства в повороте // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 164 - 167.
12. Increasing the shallowness of the wheeled tractors / S.V. Shchitov, P.V. Tikhonchuk, I.V. Bumbar et al. Journal of Mechanical Engineering. 2018; 41(2): 31-34.
13. Гуськов Ю.А. Совершенствование сборочно-транспортного процесса и технических средств на заготовке грубых кормов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 2007. 211 с.
References
1. Kuznetsov E.E., Shchitov S.V. Improving the efficiency of using mobile energy in the technology of cultivating agricultural crops: monograph. Blagoveshchensk: Publishing House of the Far Eastern State Agrarian University, 2017. 272 p.
2. Workshop on agricultural machines / V.A. Skotnikov, V.N. Kondratiev, R.S. Stashinsky еt al. Minsk: Harvest, 1984. 375 p.
3. Methods for studying the physical and mechanical properties of agricultural plants. M.: VISHOM, 1960. 269 p.
4. Aldoshin N.V., Pekhutov A.S. Improving productivity in the transportation of agricultural goods. Mechanization and Electrification of Agriculture. 2012; 4: 26-27.
5. Khudovets V.I., Shchitov S.V. The use of multi-axis power facilities of class 1.4: monograph. Blagoveshchensk: DalGAU, 2013. 153 p.
6. Shishlov S.A., Redkokashin A.A., Shapar M.S. High-quality pre-sowing tillage and sowing is the key to a high soybean yield. Scientific Review. 2015; 15: 23-27.
7. Belyaev V.I., Fruhauf M., Mainel T. Ecological Consequences of Conversion of Steppe to arable Land in Western Siberia. Europa Regional. 2004; 4(1): 13-21.
8. All-Russian Scientific Research Institute of Agricultural Economics: [Electronic resource]. URL: http://www. vniiesh.ru (date of access: 01.12.2022).
9. Improving the traction properties of a wheeled power tool on soils with a high stickiness coefficient / E.V. Marshanin, D.V. Belyakov, E.S. Polikutina et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 83-87.
10. Shchitov S.V, Kuznetsov E.E., Rybakov S.A. Investigation of traction and coupling properties of power tools depending on the sticking of the wheel mover. Machinery and Equipment for Rural Area. 2015; 12: 18-20.
11. Shuravin A.A., Kuznetsov E.E. A method for correcting the traction-coupling properties of a wheeled power tool in a turn. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 164-167.
12. Increasing the shallowness of the wheeled tractors / S.V. Shchitov, P.V. Tikhonchuk, I.V. Bumbar et al. Journal of Mechanical Engineering. 2018; 41(2): 31-34.
13. Guskov Yu.A. Improving the assembly and transport process and technical means for harvesting roughage: abstract dis. ... Dr. Tech. Sci. Novosibirsk, 2007. 211 p.
Евгений Владимирович Маршанин, аспирант, marshaninev@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1011-0030 Роман Олегович Сурин, аспирант, roman_surin81.81@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7667-551X Дмитрий Владимирович Беляков, аспирант, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963 Андрей Валентинович Михайлов, соискатель, mihaylov11@mail.ru, https://orcid.org/0000-0004-7668-2257 Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент, ji.tor@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор, shitov.sv1955@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Evgeny V. Marshanin, postgraduate, marshaninev@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1011-0030 Roman O. Surin, postgraduate, roman_surin81.81@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7667-551X Dmitry V. Belyakov, postgraduate, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963
Andrey V. Mikhailov, research worker, mihaylov11@mail.ru, https://orcid.org/0000-0004-7668-2257 Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, ji.tor@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor, shitov.sv1955@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 01.02.2023; одобрена после рецензирования 15.02.2023; принята к публикации 05.03.2023.
The article was submitted 01.02.2023; approved after reviewing 15.02.2023; accepted for publication 05.03.2023.
-Ф-
Научная статья УДК 614.8
doi: 10.37670/2073-0853-2023-100-2-114-118
Теоретическое обоснование устройства локального пожаротушения зерносушилки
Татьяна Васильевна Панова, Максим Владимирович Панов
Брянский государственный аграрный университет, Кокино, Брянская область, Россия
Аннотация. В статье представлено устройство локального пожаротушения мобильной зерносушилки и рассмотрен процесс фазового перехода углекислоты для связи конструктивно режимных параметров устройства локального пожаротушения и параметров, характеризующих теплоту фазового перехода. В процессе сушки в сушильных камерах также имеется некоторое количество зерна, в среднем 2 - 3 тонны, которое остаётся в сыром состоянии или является испорченным. Именно оно представляет собой пожарную опасность для объекта. В результате воздействия высоких температур, возникающих при пожаре, зерно полностью уничтожается или становится непригодным для использования в пищевых или кормовых целях. Зачастую зерно, не пройдя должным образом предварительную и первичную очистку, поступает на сушку. Так как засорённость такого зерна доходит до 5 % и более, то вероятность его воспламенения увеличивается. В связи с этим вопрос предотвращения возгорания при сушке зерна не теряет своей актуальности.
