Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова
Россия
Россия
Воронеж, Россия
Работы по созданию новых и модернизации существующих агрегатов и комбинированных машин про-водятся как в России, так и за рубежом. Ведущая роль в них отводится снижению энергозатрат и увеличению качества обработки почвы. Огромное разнообразие климатических и почвенных условий диктуют конструкто-рам свои правила по созданию современных агрегатов и машин. Существующие машины довольно хорошо справляются с поставленными задачами, но работы по их усовершенствованию должны продолжаться. Это требует от исследователей проявления новых конструкторских и научных решений. Научная новизна состоит в разработке новой конструкции рамы почвообрабатывающего орудия со сменными модульными рабочими органами, а также в определении качественных и энергетических показателей работы агрегата. Цель исследо-ваний – определение тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия в полевых условиях в зависимости от конструктивных и технологических параметров модульных рабочих органов. При проведении полевых исследований использовался метод тензометрирования. При обработке данных полевых экспериментов максимальное тяговое сопротивление для двух дисковых плужных рабочих органов достигло значения Fxyz = 5013.20 Н, для пары дисковых батарей – Fxyz = 3135.82 Н, для двух ножевых катков – Fxyz = 5337.81 Н. На основе полученных экспериментальных данных можно спроектировать комбинированные агре-гаты, состоящие из нескольких видов рабочих органов. При этом подбор орудий будет осуществлен исходя из тягового класса трактора. Под определенный класс трактора можно будет подобрать определенное сочетание рабочих органов с требуемыми конструктивными и технологическими параметрами. Такие комбинации позво-лят в дальнейшем повысить качество и эффективность почвообработки, уменьшат расход топлива при выпол-нении работ.
Полевые исследования модульных рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего орудия
Введение
Работы по разработке новых и модернизации существующих агрегатов и комбинированных машин проводятся как в России [1, 2], так и за рубежом [3, 4]. Ведущая роль, при этом, отводится снижению энергозатрат и увеличению качества обработки почвы [5, 6].
В лесном [7] и сельском [8] хозяйстве, в настоящее время, осуществляются обширные работы по оптимальному подбору рабочих органов для комбинированных машин, не взирая на их значительный технический уровень. Огромное разнообразие климатических и почвенных [9] условий диктуют конструкторам свои правила по созданию современных агрегатов и машин, способных эффективно проводить обработку почвы.
Расстановка рабочих органов оказывает значительное влияние на их взаимодействие в процессе работы. Особенно это отражается на энергозатратах и качестве выполнения работ. Поэтому при конструировании новых машин и агрегатов стараются определить не только оптимальные параметры рабочих органов по отдельности, но и при их совместной работе. Снижать экономические затраты при производстве комбинированных машин сейчас стараются путем установки стандартных рабочих органов, которые показали высокую эффективность своей работы [10].
Не решенной научной задачей остается изучение процесса взаимодействия рабочих органов с почвой и влияния схемы расстановки органов и их параметров на качество обработки. Это помогает разработать конструкции, которые обеспечивают требуемое сложение обрабатываемого слоя почвы, благоприятное для роста и развития растений.
Не решенными прикладными задачами остаются: 1) Снижение переуплотнения и деградации плодородных слоёв почвы за счёт комбинированной обработки. 2) Изучение влияния на почву новых приёмов механической обработки. В частности, актуально исследование дифференциации пахотного слоя по плодородию, так как действие современных почвообрабатывающих машин на этот процесс остаётся во многом неясным.
Поэтому работы, изучающие взаимодействия различных рабочих органов, являются актуальными и заслуживают внимания.
Бойков В.М. и др. (2020) [11] представили классификацию почвообрабатывающих машин по конструктивным и технологическим параметрам, которая позволяет обосновать оптимальный выбор того или иного агрегата или технологии обработки почвы.
Авторами [12, 13] проводились исследования по изучению влияния различных конструкций машин и агрегатов на процессы образования эрозии почвы. Определенные исследования в этой области проводились учеными Жук А.Ф. и др. (2020) [14]. В качестве экспериментального образца ими был выбран плоскорез-рыхлитель ПРК-2,5У. В публикации подробно описано устройство агрегата, технологический процесс обработки почвы, представлены преимущества применения данного агрегата при борьбе с эрозией почвы. Однако, в статье не достаточно полно представлены результаты сравнения агротехнических и экономических показателей работы исследуемого агрегата с однооперационными орудиями. Раднаев Д.Н. и Дамбаева Б.Е. (2021) [15] произвели анализ агрегатов АПД-7,2 и АПК-7,2. Авторы отмечают, что в процессе обработки почв в условиях недостаточного увлажнения плоскорежущих лапы агрегата АПД-7,2 не засоряются сорняками, агрегат не нужно переоборудовать при смене вида работ, и он меньше расходует топлива. При этом, в работе недостаточно четко раскрыты пути дальнейшего совершенствования конструкций комбинированных машин.
В настоящее время ведутся исследования по усовершенствованию параметров рабочих органов, установленных на комбинированных агрегатах. В статье Яхина С.М. и др. (2020) [16] упоминается новая конструкция игольчатых дисков. К некоторым недостаткам кинематики можно отнести: неустойчивая работа орудия из-за нестабильности движения дисков; проскальзывание дисков при повышенных скоростях, что снижает эффективность работы. Авторами [17] проводилась сравнительная оценка работы машин для обработки почвы. В результате проведенных исследований они рекомендуют использовать фрезерные машины с активным ротором в комбинации со стрельчатыми лапами или рыхлительными долотами. Фрезерные машины имеют экономические и технические недостатки. Экономические: 1) Повышенные энергозатраты. 2) Неполное уничтожение сорняков. Фрезеровка рубит корни сорняков на мелкие частицы, что способствует их размножению. Технические: 1) Невозможность точной регулировки глубины обработки. Для поддержания стабильной глубины грунта фрезы часто оснащаются прикатывающим катком, который увеличивает затраты. 2) Сложность работы на каменистых почвах. Взаимодействие ножей с крупными камнями вызывает много огрехов, снижающих качество обработки.
Научные исследования, проводимые Тарасенко Б.Ф. и др. (2021) [18], Малюковым С.В. и др. (2023) [19, 20] позволили определить энергетические и качественные показатели работы почвообрабатывающих агрегатов. Было выявлено, что комбинированные машины позволяют повысить качество обработки почвы и производительность агрегата. При этом, уменьшаются потери влаги и вредное воздействие машин на почву.
Достоинство комбинированных агрегатов состоит в том, что в зависимости от условий можно использовать агрегат в целом, либо отдельные рабочие органы агрегата. Это значительно повышает эффективность использования почвообрабатывающих орудий. Недостатком комбинированных агрегатов является их значительная длина. Набор навесных орудий ограничен из-за опасности нарушить продольную устойчивость трактора. Ширина захвата комбинированных агрегатов ограничивается требованиями минимальной габаритной ширины в транспортном положении.
Существующие машины довольно хорошо справляются с поставленными задачами, но работы по их усовершенствованию все же должны продолжаться. Это требует от исследователей проявления новых конструкторских и научных решений.
Приведенные выше работы показывают связь между качеством обработки почвы, расстановкой рабочих органов и энергетическими затратами.
Цель исследований – определение тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия в полевых условиях в зависимости от конструктивных и технологических параметров модульных рабочих органов.
Задачи:
– изучить влияния конструктивных параметров на изменение нагрузок в звеньях комбинированной почвообрабатывающей при движении по вырубкам.
– определить тяговое сопротивление комбинированной почвообрабатывающей на вырубке;
– изучить влияние модульных рабочих органов на качество обработки почвы и удаление поросли на вырубках.
Материалы и методы
Предмет и объект исследований
Объект: модульные почвообрабатывающие рабочие органы.
Предмет: взаимодействие дисковой батареи, сферических дисков, ножевого катка с почвой.
Сбор данных
Были проведены экспериментальные полевые исследования. При проведении эксперимента использовался колесный трактор МТЗ-80 (рис. 1).
1. Ушаков А.Е., Египко С.В. Разработка тензометрической навески для проведения полевых испытаний почвообрабатывающих машин // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производ-ство. – 2023. – № 22. – С. 42-49. – DOI: https://doi.org/10.26160/2658-3305-2023-22-42-49.
2. Малюков С.В., Поздняков Е.В., Шавков М.В., Петков А.Ф., Шанин И.И., Болгов А.В. Анализ современ-ных конструкций комбинированных почвообрабатывающих машин и агрегатов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. – 2023. – № 2 (70). – С. 523-534. – DOI: https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-02-61.
3. Aldoshin N., Mamatov F., Ismailov I., Ergashov G. Development of combined tillage tool for melon cultiva-tion. 19th international scientific conference engineering for rural development Proceedings. 2020;19. – DOI: https://doi.org/10.22616/ERDev.2020.19.TF175
4. Zhirnov A. Construction of active working machines for the care of seed-lings. Proceedings of the XXXVIII International Multidisciplinary Conference «Recent Scientific Investigation». Primedia E-launch LLC. Shawnee, USA. 2022;37-47. – DOI: https://doi.org/10.32743/UsaConf.2022.11.38.346741
5. Kalinin A.B., Novikov M.A., Ruzhev V.A., Teplinsky I.Z. Improving the efficiency of the soil uncompaction by the cultivator-subsoiler through the use of digital systems for working depth control. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021;723:032061. – DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/723/3/032061
6. Balabanov V., Lee A., Norov B., Khudaev I., Egorov V. Investigation of various options for processing gray forest soil in a field crop rotation. E3S Web of Conferences. "International Scientific Conference "Construction Me-chanics, Hydraulics and Water Resources Engineering, Conmechydro 2021". 2021;04025. – DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126404025.
7. Сучков Д.К., Поташкина Ю.Н. Агротехнический уход за лесными культурами: цель, сроки и число уходов // Промышленность и сельское хозяйство. – 2020. – № 9 (26). – С. 28-35. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44073255&ysclid=llaz91t2mv34353766.
8. Лисунов О.В., Богиня М.В., Васильев А.А., Олейникова Е.Н. Исследование влияния параметров рабо-чих органов и режимов работы культиватора модульного типа на качество поверхностной обработки почвы // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2023. – № 1 (61). – С. 190-196. – DOI: https://doi.org/10.18286/1816-4501-2023-1-190-196
9. Малюков С.В., Поздняков Е.В., Дегтярева С.И., Шавков М.В., Малюкова М.А., Шанин И.И., Арико С.Е. Эксплуатация почвообрабатывающих орудий в условиях нераскорчеванных вырубок европейской части рос-сии: анализ препятствий в виде пней и корней // Лесотехнический журнал. – 2022. – Т. 12. – № 4 (48). – С. 96-113. – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.4/7
10. Григорьев И.В., Куницкая О.А., Рудов С.Е., Давтян А.Б. Пути повышения эффективности работы лес-ных машин // Энергия: экономика, техника, экология. – 2020. – № 1. – С. 55-63. – DOI: https://doi.org/10.7868/S0233361920010085.
11. Бойков В.М., Старцев С.В., Воротников И.Л., Нарушев В.Б. Классификация машин для полосовой технологии обработки почвы // Аграрный научный журнал. – 2020. – № 5. – С. 72-76. – DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2020i5pp72-76
12. Догеев Г.Д., Халилов М.Б. Ресурсосберегающие влагонакопительные агроприемы и машины // Про-блемы развития АПК региона. – 2021. № 1 (45). – С. 43-50. – DOI: https://doi.org/10.52671/20790996_2021_1_43
13. Ilintsev A., Bogdanov A., Nakvasina E., Amosova I., Koptev S., Tretyakov S. The Natural Recovery of Dis-turbed Soil, Plant Cover and Trees after Clear-Cutting in the Boreal Forests, Russia. iForest – Biogeosciences and For-estry. 2020;13(6):531-540. – DOI: https://doi.org/10.3832/ifor3371-013
14. Жук А.Ф., Халилов М.Б., Абдулнатипов М.Г. Технологии, приемы и технические средства для ресур-сосберегающей обработки почвы // Проблемы развития АПК региона. – 2020. – № 4 (44). – С. 52-58. – DOI: https://doi.org/10.15217/issn2079-0996.2020.3.52
15. Раднаев Д.Н., Дамбаева Б.Е. Повышение эффективности работы комбинированных машин и комплек-сов // Вестник ВСГУТУ. – 2021. – № 1 (80). – С. 55-60. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44874751&ysclid=llay1qq5oc976265711.
16. Яхин С.М., Алиакберов И.И., Нуриев Л.М., Яруллин Ф.Ф. Кинематика игольчатого эллипсовидного диска ротационного почвообрабатывающего орудия // Техника и оборудование для села. – 2020. – № 2 (272). – С. 12-15. – DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2020-2-12-15
17. Халилов М.Б., Халилова К.М., Халилова М.М. Сравнительная оценка приемов и машин для обработ-ки почвы // Известия Дагестанского ГАУ. – 2022. – № 3 (15). – С. 37-43. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49514137&ysclid=llay4og2pc154486540.
18. Тарасенко Б.Ф., Руднев С.Г., Дробот В.А Универсальный почвообрабатывающий агрегат для мало-земельных фермерских хозяйств // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского госу-дарственного аграрного университета. – 2021. – № 174 (10). – С. 113-129. – DOI: https://doi.org/10.21515/1990-4665-174-012
19. Малюков С. В., Лысыч М. Н., Бухтояров Л. Д., Поздняков Е. В., Гнусов М. А., Шавков М. В., Петков А. Ф. Анализ дисковых рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 13. – 2 (50). – С. 128-141. – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/7
20. Малюков С.В., Бухтояров Л.Д., Лысыч М.Н., Шавков М.В., Поздняков Е.В., Петков А.Ф. Метод дина-мики частиц: моделирование комбинированного почвообрабатывающего орудия, применяемого при лесовос-становлении и защите леса // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2023. – № 245. – С. 215-234. – DOI: https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.245.215-234
