Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 83880 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/5 Технологии. Машины и оборудование TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT Технологии. Машины и оборудование Modeling the interaction of the rear cut-out discs of a forest disc plow with the soil when working in clearings Моделирование взаимодействия задних вырезных дисков лесного дискового плуга с почвой при работе на вырубках https://orcid.org/0000-0002-5139-0374 Князев Александр Геннадьевич Knyazev Aleksandr Gennad'evich Knjazv-sasha@rambler.ru

аспирант технических наук;

graduate student of technical sciences;

 Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Voronezh Russian Federation 20 06 2024 20 06 2024 14 1 81 94 27 11 2023 16 01 2024 http://lestehjournal.ru/en/journal/2024/no-1-53/modeling-interaction-rear-cut-out-discs-forest-disc-plow-soil-when-working

В работе приведен обзор исследований рабочих процессов дисковых рабочих органов технологических машин, обеспечивающих обработку почвы на разных стадиях ведения сельского и лесного хозяйства. Применяемые конструкции лесных дисковых почвообрабатывающих орудий, имеют существенные недостатки, заключающиеся в недостаточной заглубляемости дисков, из-за чего происходит обработка почвы недостаточного качества, а также высоких динамических нагрузок при встрече с различными препятствиями, которые снижают ресурс агрегата. Задачей представленного исследования является совершенствование рабочих процессов лесных дисковых плугов путем анализа свойств вырезных дисков с гидроприводом с целью увеличить их эффективность. Разработана математическая модель дискового рабочего органа с гидроприводом задних дисков с вырезами для полосной обработки почвы в лесных, корненасыщенных условиях. Выявлены максимальные показатели давлений рабочей жидкости в гидросистема. При изменении угла атаки сферических дисков от 0 до 300 давление рабочей жидкости снижается на 23 %. При дальнейшем увеличении угла атаки до 450 давление рабочей жидкости возрастает на 15 %, что говорит о нелинейной зависимости этих параметров. Максимальное тяговое сопротивление возрастает при изменении угла атаки сферического диска от 0 до 300 и увеличивается на 29 %, а после изменения угла атаки на 450 поднимается на 11 %. По выведенным формулам можно приблизительно определить кинематические и динамические параметры дисковых рабочих органов, имеющих вырезы на режущей поверхности диска.

The paper provides an overview of studies of the working processes of disk working bodies of technological machines that provide soil cultivation at different stages of agriculture and forestry. The used designs of forest disk tillage implement have significant disadvantages, namely, insufficient depth of the disks, which results in soil cultivation of insufficient quality, as well as high dynamic loads when encountering various obstacles, which reduce the resource of the unit. The objective of the presented research is to improve the working processes of forestry disc plows by analyzing the properties of hydraulically driven cut-out discs in order to increase their efficiency. A mathematical model of a disk working body with hydraulically driven rear discs with cutouts for strip tillage in forest, root-saturated conditions has been developed. The maximum pressure values of the working fluid in the hydraulic system have been identified. When the angle of attack of the spherical disks changes from 0 to 300, the pressure of the working fluid decreases by 23%. With a further increase in the angle of attack to 450, the pressure of the working fluid increases by 15%, which indicates a nonlinear dependence of these parameters. The maximum traction resistance increases when the angle of attack of the spherical disk changes from 0 to 300 and increases by 29%, and after changing the angle of attack to 450 it increases by 11%. Using the derived formulas, it is possible to approximately determine the kinematic and dynamic parameters of disk working bodies that have cutouts on the cutting surface of the disk.

 дисковый плуг гидропривод вырубки диск с вырезами рабочий процесс математическая модель disk plow hydraulic drive cutting disk with cutouts work process mathematical model

Раабе Д.С., Бегунов М.А., Коваль В.С., Черняков А.В., Коростелев Д.Н. Анализ дисковых орудий для поверхностной обработки почвы. [Анализ дисковых орудий для поверхностной обработки почвы]. Современное научное знание в условиях системных изменений, материалы Пятой национальной научно-практической конференции. 2021: 136-145. (На русском языке). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46544756 Raabe D.S., Begunov M.A., Koval' V.S., Chernyakov A.V., Korostelev D.N. Analiz diskovyh orudiy dlya poverhnostnoy obrabotki pochvy. [Analiz diskovyh orudiy dlya poverhnostnoy obrabotki pochvy]. Sovremennoe nauchnoe znanie v usloviyah sistemnyh izmeneniy, materialy Pyatoy nacional'noy nauchno-prakticheskoy konferencii. 2021: 136-145. (Na russkom yazyke). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46544756 Малюков С. В., Лисич М. Н., Бухтояров Л. Д., Поздняков Е. В., Гнусов М. А., Шавков М. В., Петков А. Ф. Анализ дисковых рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий. [Анализ дисковых рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий]. Лесотехнический журнал = Forestry Engineering journal. 2023 2 (50): 128-141. (На русском языке). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/7 Malyukov S. V., Lisich M. N., Buhtoyarov L. D., Pozdnyakov E. V., Gnusov M. A., Shavkov M. V., Petkov A. F. Analiz diskovyh rabochih organov lesnyh pochvoobrabatyvayuschih orudiy. [Analiz diskovyh rabochih organov lesnyh pochvoobrabatyvayuschih orudiy]. Lesotehnicheskiy zhurnal = Forestry Engineering journal. 2023 2 (50): 128-141. (Na russkom yazyke). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/7 x Великанов А. Ф., Филичкин А.Е., Головин А.Ю. Анализ основных параметров дисковых рабочих органов. [Анализ основных параметров дисковых рабочих органов]. Sbornik IV Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-prakticheskoj konferencii. =Сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции. 2023: 29-32. (На русском языке). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50436770 x Velikanov A. F., Filichkin A.E., Golovin A.Yu. Analiz osnovnyh parametrov diskovyh rabochih organov. [Analiz osnovnyh parametrov diskovyh rabochih organov]. Sbornik IV Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-prakticheskoj konferencii. =Sbornik materialov IV Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii. 2023: 29-32. (Na russkom yazyke). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50436770 Припоров Е.В. Анализ полноты обработки почвы в междисковом пространстве двухследного дискового орудия. [Анализ полноты обработки почвы в междисковом пространстве двухколейного дискового орудия]. Известия Оренбургского государственного аграрного университета = Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019: 85-88. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37013939 Priporov E.V. Analiz polnoty obrabotki pochvy v mezhdiskovom prostranstve dvuhslednogo diskovogo orudiya. [Analiz polnoty obrabotki pochvy v mezhdiskovom prostranstve dvuhkoleynogo diskovogo orudiya]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019: 85-88. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37013939 Долматов С. Н., Сухенко Н.В. Влияние параметров рабочего органа дискового плуга на технологический процесс нарезки борозд при лесовосстановлении. Влияние параметров рабочего органа дискового рыхлителя на технологический процесс нарезания борозд при лесовосстановлении. Хвойные бореальной зоны = Coniformes of the boreal zone. 2022: 529-537. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50097037 Dolmatov S. N., Suhenko N.V. Vliyanie parametrov rabochego organa diskovogo pluga na tehnologicheskiy process narezki borozd pri lesovosstanovlenii. Vliyanie parametrov rabochego organa diskovogo ryhlitelya na tehnologicheskiy process narezaniya borozd pri lesovosstanovlenii. Hvoynye boreal'noy zony = Coniformes of the boreal zone. 2022: 529-537. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50097037 Зимарин Н.В., Четверикова И. В. Исследование процесса обработки почвенного пластика новым корпусом диска на нераскорчеванных вырубках. [Исследование процесса оборота почвенного пласта новым корпусом дискатора на невспаханных рубках]. Ресурсы и технологии. 2021; 18:53-65. (На русском языке). DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2021 Zimarin N.V., Chetverikova I. V. Issledovanie processa obrabotki pochvennogo plastika novym korpusom diska na neraskorchevannyh vyrubkah. [Issledovanie processa oborota pochvennogo plasta novym korpusom diskatora na nevspahannyh rubkah]. Resursy i tehnologii. 2021; 18:53-65. (Na russkom yazyke). DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2021 Лисич М.Н. Исследование процесса обработки почвы дисковым культиватором с использованием метода дискетных элементов. [Исследование процесса обработки почвы дисковым культиватором методом дискретных элементов]. Современные наукоемкие технологии = Modern high technology. 2022: 59-64. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42596711 Lisich M.N. Issledovanie processa obrabotki pochvy diskovym kul'tivatorom s ispol'zovaniem metoda disketnyh elementov. [Issledovanie processa obrabotki pochvy diskovym kul'tivatorom metodom diskretnyh elementov]. Sovremennye naukoemkie tehnologii = Modern high technology. 2022: 59-64. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42596711 Горобей В.П. Исследование тягового противодействия рабочего органа, перерабатывающего орудия труда с зубчатым дисковым ножом. [Исследование тягового сопротивления рабочего органа почвообрабатывающего орудия с зубчатым дисковым отвалом]. Машиностроение: инновационные аспекты развития, материалы II международной научно-практической конференции. 2019: 90-93. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37355236 Gorobey V.P. Issledovanie tyagovogo protivodeystviya rabochego organa, pererabatyvayuschego orudiya truda s zubchatym diskovym nozhom. [Issledovanie tyagovogo soprotivleniya rabochego organa pochvoobrabatyvayuschego orudiya s zubchatym diskovym otvalom]. Mashinostroenie: innovacionnye aspekty razvitiya, materialy II mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. 2019: 90-93. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37355236 Коновалов В.И., Коновалов С.И., Коновалов А.Г. Кинематический анализ дискового рабочего органа с изменяющимся радиусом кривизны. [Кинематический анализ дискового рабочего органа с переменным радиусом кривизны]. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета = Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2023: 22-34. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50232296 Konovalov V.I., Konovalov S.I., Konovalov A.G. Kinematicheskiy analiz diskovogo rabochego organa s izmenyayuschimsya radiusom krivizny. [Kinematicheskiy analiz diskovogo rabochego organa s peremennym radiusom krivizny]. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023: 22-34. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50232296 Князев А. Г., Камалова Н. С., Юдин Р. В. Системный подход к сравнительному анализу плугов для обработки почвы при лесовосстановлении. Системный подход к сравнительному анализу плугов для обработки почвы при лесовосстановлении. Воронежский научно-технический вестник = Воронежский научно-технический вестник. 2023; 34: 23-29. (На русском языке). DOI: https://doi.org/10.34220/2311-8873-2021-4-4-23-29 Knyazev A. G., Kamalova N. S., Yudin R. V. Sistemnyy podhod k sravnitel'nomu analizu plugov dlya obrabotki pochvy pri lesovosstanovlenii. Sistemnyy podhod k sravnitel'nomu analizu plugov dlya obrabotki pochvy pri lesovosstanovlenii. Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy vestnik = Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy vestnik. 2023; 34: 23-29. (Na russkom yazyke). DOI: https://doi.org/10.34220/2311-8873-2021-4-4-23-29 Зимарин С.В. Новая конструкция корпуса дискатора. [Новая конструкция корпуса дисковода]. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика = Current directions of scientific research of the xxi century: theory and practika. 2018: 315-321. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36676661 Zimarin S.V. Novaya konstrukciya korpusa diskatora. [Novaya konstrukciya korpusa diskovoda]. Aktual'nye napravleniya nauchnyh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika = Current directions of scientific research of the xxi century: theory and practika. 2018: 315-321. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36676661 Крук И.С. [и др.] Определение кинематических параметров движения пласта по рабочей поверхности дискового плуга. [Определение кинематических параметров перемещения слоя почвы по рабочей поверхности дискового скиммера]. Агропанорама = Agropanorama. 2022; 4:14-18. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49437343 Kruk I.S. [i dr.] Opredelenie kinematicheskih parametrov dvizheniya plasta po rabochey poverhnosti diskovogo pluga. [Opredelenie kinematicheskih parametrov peremescheniya sloya pochvy po rabochey poverhnosti diskovogo skimmera]. Agropanorama = Agropanorama. 2022; 4:14-18. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49437343 Руднев С. Г., Тарасенко Б. Ф., Дробот В. А., Сарксян М. Д. Определение удельного сопротивления дискового плуга. [Определение удельного сопротивления дискового плуга]. Известия Оренбургского государственного аграрного университета = Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021; 6(92) : 141-146. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47395390 Rudnev S. G., Tarasenko B. F., Drobot V. A., Sarksyan M. D. Opredelenie udel'nogo soprotivleniya diskovogo pluga. [Opredelenie udel'nogo soprotivleniya diskovogo pluga]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; 6(92) : 141-146. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47395390 Попиков П. И., Поздняков А. К., Усков В. И. [и др.]. Теоретическое исследование кинематических и динамических характеристик шнекового рабочего органа лесопожарной грунтометательной машины. [Теоретическое исследование кинематических и динамических характеристик шнекового рабочего органа лесопожарной грунтометательной машины]. Лесотехнический журнал = Forestry Engineering journal. 2021; 3(43): 140-151. (На русском языке). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.3/12 Popikov P. I., Pozdnyakov A. K., Uskov V. I. [i dr.]. Teoreticheskoe issledovanie kinematicheskih i dinamicheskih harakteristik shnekovogo rabochego organa lesopozharnoy gruntometatel'noy mashiny. [Teoreticheskoe issledovanie kinematicheskih i dinamicheskih harakteristik shnekovogo rabochego organa lesopozharnoy gruntometatel'noy mashiny]. Lesotehnicheskiy zhurnal = Forestry Engineering journal. 2021; 3(43): 140-151. (Na russkom yazyke). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.3/12 Перфильева К.С. Тяговое сопротивление дискового рабочего органа. [Тяговое сопротивление дискового рабочего органа]. Студенческая наука об актуальных проблемах и перспективах инновационного развития регионального АПК, Материалы XXI научно-практической конференции обучающихся = Student science on current problems and perspectives for innovative development of the regional agro-industrial complex, Материалы XXI научно-практической конференции студентов. 2022: 112-116. (На рус.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48465955 Perfil'eva K.S. Tyagovoe soprotivlenie diskovogo rabochego organa. [Tyagovoe soprotivlenie diskovogo rabochego organa]. Studencheskaya nauka ob aktual'nyh problemah i perspektivah innovacionnogo razvitiya regional'nogo APK, Materialy XXI nauchno-prakticheskoy konferencii obuchayuschihsya = Student science on current problems and perspectives for innovative development of the regional agro-industrial complex, Materialy XXI nauchno-prakticheskoy konferencii studentov. 2022: 112-116. (Na rus.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48465955 Лопес-Васкес А., Кадена-Сапата М., Кампос-Маганья С., Зерменьо-Гонсалес А., Мендес-Дорадо. М. Сравнение используемой энергии и влияния на насыпную плотность и урожайность систем обработки почвы в полузасушливых условиях Мексики. Агрономия. 2019; 9 (4): 189. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/agronomy9040189 Lopes-Vaskes A., Kadena-Sapata M., Kampos-Magan'ya S., Zermen'o-Gonsales A., Mendes-Dorado. M. Sravnenie ispol'zuemoy energii i vliyaniya na nasypnuyu plotnost' i urozhaynost' sistem obrabotki pochvy v poluzasushlivyh usloviyah Meksiki. Agronomiya. 2019; 9 (4): 189. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/agronomy9040189 Шафаи С. М., Логхави М., Камгар С. А. Сравнительное исследование математических моделей и метода интеллектуального анализа данных ANN для прогнозирования тягового усилия дискового плужного орудия на глинисто-суглинистой почве. Международный журнал сельскохозяйственной инженерии CIGR. 2018; 20(2): 71-79. Shafai S. M., Loghavi M., Kamgar S. A. Sravnitel'noe issledovanie matematicheskih modeley i metoda intellektual'nogo analiza dannyh ANN dlya prognozirovaniya tyagovogo usiliya diskovogo pluzhnogo orudiya na glinisto-suglinistoy pochve. Mezhdunarodnyy zhurnal sel'skohozyaystvennoy inzhenerii CIGR. 2018; 20(2): 71-79. Алмалики С. Моделирование тягового усилия для трех типов плугов с использованием метода поверхности отклика в различных полевых условиях. Иракский журнал сельскохозяйственных наук. 2018; 49(6): 1123-1124. DOI: https://doi.org/10.36103/ijas.v49i6.151 Almaliki S. Modelirovanie tyagovogo usiliya dlya treh tipov plugov s ispol'zovaniem metoda poverhnosti otklika v razlichnyh polevyh usloviyah. Irakskiy zhurnal sel'skohozyaystvennyh nauk. 2018; 49(6): 1123-1124. DOI: https://doi.org/10.36103/ijas.v49i6.151 Юдина Н.Ю., Юдин Р.В., Максименков А.И. Моделирование динамики нагружения и гидродинамики приводов рабочих органов лесных машин. В сборнике: Серия конференций IOP: Наука о земле и окружающей среде. Сер. "Международный лесной форум "Лесные экосистемы как глобальный ресурс биосферы: вызовы, угрозы, решения" 2021: 12060. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012060 Yudina N.Yu., Yudin R.V., Maksimenkov A.I. Modelirovanie dinamiki nagruzheniya i gidrodinamiki privodov rabochih organov lesnyh mashin. V sbornike: Seriya konferenciy IOP: Nauka o zemle i okruzhayuschey srede. Ser. "Mezhdunarodnyy lesnoy forum "Lesnye ekosistemy kak global'nyy resurs biosfery: vyzovy, ugrozy, resheniya" 2021: 12060. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012060 Усков В. И. Начально-краевая задача для возмущенных дифференциальных уравнений в частных производных третьего порядка. Журнал математических наук.. 2021; 255(6): 779-789. DOI: https://doi.org/10.1007/s10958-021-05415-1. Uskov V. I. Nachal'no-kraevaya zadacha dlya vozmuschennyh differencial'nyh uravneniy v chastnyh proizvodnyh tret'ego poryadka. Zhurnal matematicheskih nauk.. 2021; 255(6): 779-789. DOI: https://doi.org/10.1007/s10958-021-05415-1. Зубова С.П., Усков В.И. Асимптотическое решение задачи Коши для уравнения первого порядка с малым параметром в банаховом пространстве. Обычный случай. Математические заметки. 2018; 103:395-404. DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434618030069 Zubova S.P., Uskov V.I. Asimptoticheskoe reshenie zadachi Koshi dlya uravneniya pervogo poryadka s malym parametrom v banahovom prostranstve. Obychnyy sluchay. Matematicheskie zametki. 2018; 103:395-404. DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434618030069