Russian Federation
The technical means, used for surface tillage, do not fully meet the requirements of the technology for the qualitative crumbling of the soil and the destruction of weed vegetation. To solve this problem, on a more qualitative level, rotational tools have been developed in recent years, the working organs of which perform complex movement in space. As the analysis shows, these tools are unstable and unevenly treating the soil. To eliminate these drawbacks, a rotary tool with elliptical disks was developed in Kazan State Agrarian University, which are inclined to the axis of rotation strictly at the calculated angle. In this article, based on the condition, ensuring the sliding entry of rotational working units into the soil, the question of the theoretical justification of the optimal value of the inclination angle of ellipsoid disks to the axis of rotation of the working battery is considered.
soil cultivation, rotational ellipsoid disk, the angle of the disc.
Для обработки почвы как по классической, так и минимальной технологиям широко применяются ротационные орудия дискового типа [10, 11, 14]. Они более перспективны в части энерго и ресурсосбережения, просты по конструкции и имеют достаточно высокую производительность [2, 7, 13]. Диски выполняются круглыми, шестиугольными и сферическими [3]. Для улучшения крошения почвы и эффективного уничтожения сорняков в Казанском ГАУ ведутся активные исследования по разработке почвообрабатывающего орудия с эллипсовидными дисками, которые при поступательном движении агрегата совершают сложное перемещение в пространстве [4, 5]. Отличительной особенностью данного орудия является то, что эллипсовидные диски здесь наклонные, причём угол наклона большой оси дисков (в дальнейшем – угол наклона дисков) к оси вращения строго согласован с конструктивными их параметрами по следующей формуле:
α = arcsin(b / а), (1)
где b, а – малая и большая полуоси эллипсовидных дисков.
Изучить процесс взаимодействия диска с обрабатываемой средой невозможно без теоретического определения и обоснования отдельных конструктивных и технологических параметров предлагаемого ротационного почвообрабатывающего орудия.
Анализ и обсуждение результатов. Анализ показывает, что для обеспечения работоспособности, а также минимизации тягового сопротивления почвообрабатывающего орудия, значение угла наклона эллипсовидного диска (в дальнейшем – диск) к оси вращения должно быть оптимальным, а конструктивные, кинематические и технологические параметры орудия должны быть определены в дальнейшем исходя из этих оптимальных значений.
Обоснование оптимального значения угла наклона производим из условия, обеспечивающего скользящее вхождение диска в почву (рисунок 1). Положение диска в расчётной схеме характеризовано углом вхождения βmin , поскольку, как показали исследования, оно вместе с положением диска, когда угол вхождения βmax является единственным, где потребуется максимальное усилие для вхождения (внедрения) диска в почву. Диск входит в почву по оси Z под действием вертикального усилия Pz. Фронтальная реакция почвы Qz на режущую кромку (лезвие) диска направлена противоположно оси Z и равна по модулю вертикальному усилию Pz . Согласно исследованиям проф. Канарёва Ф.М. [6] скользящее вхождение ротационного рабочего органа в почву обеспечивается лишь в том случае, когда фронтальная реакция почвы на режущую кромку выходит за пределы так называемого конуса трения.
Следовательно, для обеспечения скользящего вхождения диска в почву направление фронтальной реакции почвы Qz должно выходить за пределы конуса трения, а это возможно лишь при соблюдении следующего условия:
Pz sin α z > Fтр . (2)
В свою очередь сила трения определяется по известной формуле:
Fтр = N tg φтр = Pz cos αz tg φтр , (3)
1. Bermant A.F. Kratkiy kurs matematicheskogo analiza [Brief course of mathematical analysis] / A.F. Bermant, I.G. Aramanovich.-Sankt-Peterburg:«Lan», 2005.- p.735
2. Valiev, A.R. Sovershenstvovanie besprivodnyh rotacionnyh rabochih organov dlja poverhnostnoj obrabotki pochvy / Ju.I. Matjashin, A.R. Valiev, L.F. Siraziev, K.V. Fedulkina // Vestnik Kazanskogo GAU. - 2012. - № 1 (23). - s. 93 - 97.
3. Valiev, A.R. Klassifikacija rotacionnyh rabochih organov pochvoobrabatyvajushhih mashin / F.F. Jarullin, A.R. Valiev // Agrarnaja nauka XXI veka. Aktual'nye issledovanija i perspektivy / Trudy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Kazan': Kazanskogo GAU, - 2015. - S.147-154.
4. Gainutdinov R. Kh. Rotary tool for surface treatment of the soil with elliptical discs [Rotatsionnoe orudie dlya poverkhnostnoi obrabotki pochvy s illipsovidnymi diskami] / R. Kh. Gainutdinov, S.M. Yakhin, I.I. Aliakberov // Vestnik Kasanskogo GAU. - 2016. - № 2(40). - p.64-67.
5. Gajnutdinov R.H. Kinematika jellipsovidnogo diska rotacionnogo orudija dlja poverhnostnoj obrabotki pochvy / R.H. Gajnutdinov, S.M. Jahin, I.I. Aliakberov, G.V. Pikmullin // Tehnika i oborudovanie dlja sela. - 2016. - № 8 (230). s.10-14.
6. Kanarev, F.M. Rotatsionnye pochvoobrabatyvayushie mashiny i orudya[Rotary tillage machines and tools] / F.M.Kanarev. -M .: Engineering, 1983. - p.142
7. Kashapov, I.I. Jenergosberegajushhie tehnologii v APK / I.I. Kashapov, B.G. Ziganshin, N.A. Korsakov, A.R. Valiev // Aktual'nye problemy jenergetiki APK: materialy VI mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Saratov: OOO «CeSAin», 2015. - s. 88 - 90.
8. Kuzmich L.S. Illipticheskiefunksiy. Illipticheskieintegraly: Algoritmytochnogoresheniya [Elliptic functions. Elliptic integrals: Algorithms exact solution] / L.S. Kuzmich.- M.: Knizhnyidom«LIBROKOM», 2013.- p. 48
9. Matyashin, Yu.I. Raschet i proektirovanie rotatsionnykh pochvoobrabatyvayushikh mashin [Calculation and design of rotary tillers] / Yu.I.Matyashin, I.M. Grinchuk, G.M. Egorov. - M.: Agropromizdat, 1988. - p.174.
10. Sovremennye pochvoobrabatyvayushie mashiny: regulirovka, nastroika i ikspluatatsiya[Modern tillage machines: adjustment, adjustment and operation]/R.R.Valiev, B.G. Ziganshin, F.F. Mukamedyarov, S.M. Yakhin, D.T. Khaliullin, I.I. Fayzrakhmanov. - Sankt-Peterburg: “Lan”, 2016. - p.208.
11. Soht K.A. Diskovye borony I lushilniki [Harrows and Cultivators] / K.A.Soht, E.I.Trubilin, V.I.Kiselev. - Krasnodar: Kuban State Agrarian University, 2014. -p.164.
12. Teoriya, konstruktsiya I raschet selskokhosyaistvennykh mashin [The theory, design and calculation of agricultural machinery]/ E.S. Bosoi, O.V. Vernyaev, I.I. Smirnov, E.G. Sultan-Shakh.- M.: Mashinostroenie, 1978. - p. 568.
13. YarullinF.F. Rasrabotka I obosnovanie parametrov rotatsionnogo orudiya dlya poverkhnostnoi obrabotki pochvy: diss. Kand. Tekhn.Nauk: 05.20.01[Development and substantiation of the parameters of rotary tools for surface processing of soil: diss. ... Cand.tehn. Sciences: 05.20.01]: / F.F. Yarullin. - Kasan: Kasanskiy GAU, 2015. - p. 191.
14. Valiev, A. Improvement of rotary tools for the pre-sowing soil cultivation conditions / A. Valiev, J. Matjashin, B. Ziganshin, L. Siraziev // Proceedings of XX International scientific and technical conference on transport, road-building, agricultural, hosting & hauling and military technics and technologies «TRANS & MOTAUTO’12». - Varna, Bulgaria: Scientific-technical union of mechanical engineering , 2012. - р.94-96.
