ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СБОРА СОЛОМЫ

Марадудин А.М.¹, Перетятько А.В.², Леонтьев А.А.³

¹Кандидат технических наук; ²Кандидат технических наук, доцент; ³Кандидат технических наук; ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», г. Саратов

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ УСТРОЙСТВА  ДЛЯ СБОРА СОЛОМЫ

Аннотация

В статье представлено теоретическое обоснование оптимального угла установки отвала, предназначенного для сбора соломы при вертикальном мульчировании почвы.

Ключевые слова: посев, солома, щелевание, мульчирование.

 

Maradudin A.M.¹, Peretyatko A.V.², Leontyev A.A.³

¹PhD in Engineering; ²PhD in Engineering, associate professor, ³PhD in Engineering, Saratov State Vavilov Agrarian University

THEORETICAL JUSTIFICATION OF THE ANGLE OF INSTALLATION OF THE DEVICE FOR COLLECTING THE STRAW

Abstract

The article presents theoretical substantiation of the optimum installation angle of moldboard, designed to collect straw with vertical mulch.

Keywords: sowing, straw mulches, subsoiling, mulching.

Для выполнения комплекса технологических операций, объединяющих вертикальное мульчирование почвы с посевом и включающих в себя нарезание щелей в почве; заполнение их уплотненной соломистой массой совместно с минеральными удобрениями; образование на поверхности почвы, прилегающей к каждой щели, уклонов в сторону щели; выполнение в межщелевом пространстве предпосевной культивации, посева и уплотнения почвы после посева учеными ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ» предложено несколько конструкций комбинированных почвообрабатывающих агрегатов [1,2]. Их использование ведет к накоплению и сохранению влаги в почве на глубине корневой системы культурных растений, а также обогащению почвы органическим удобрением, каким является солома с добавлением минеральных удобрений.

Для сбора соломы и доставки ее в область щели используется пассивный соломонаправитель следующей конструкции (рисунок 1). Основой служит полуцилиндрический отвал, имеющий в нижней части заостренные пальцы, плавно переходящие в поверхность отвала. Крепление соломонаправителя к комплексному почвообрабатывающему агрегату осуществляется при помощи подпружиненного штока [2].

Использование данного рабочего органа может быть рекомендовано для различных агрегатов, выполняющих вертикальное мульчирование почвы в отдельности или совместно с другими технологическими операциями.

Рисунок 1. Общий вид соломонаправителя.

Математическое описания взаимодействия соломонаправителя с соломистой массой, в частности встречное относительное движение соломистой частицы по поверхности отвала было описано ранее [3]. Также был приведен расчёт конструктивных параметров пассивного соломонаправителя, на которые существенное влияние оказывает угол отклонения оси отвала от направления движения базового агрегата γ [4].

Рассмотрим случай, когда угол установки γ находится в пределах от 0° до 90° (рисунок 2). Сила сопротивления соломистой массы F_c разлагается на две составляющие: F_cх, направленную вдоль оси отвала, и F_cy, направленную перпендикулярно оси. Под воздействием усилий F_cх и F_cy соломистая частица перемещается как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

Для определения параметров горизонтального перемещения соломистой частицы по отвалу рассмотрим схему сил, действующих на нее (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема сил.

Помимо вышеописанных сил F_cх и F_cy , на соломистую частицу будут действовать следующие силы: N ' – нормальная сила, Н; F ' – сила трения соломистой частицы о поверхность отвала, Н; , где f_с – коэффициент трения соломистой частицы по металлу; F_i p' – равнодействующая силы инерции соломистой частицы; , где u_х – скорость горизонтального перемещения соломистой частицы по отвалу, м/с.

Составим уравнения равновесия:

;

.

Ось x:                                                                             (1)

Подставим в выражение (1) значения сил F_cх , F′ и F_{i p}' :

                                                                  (2)

Из суммы проекций всех сил на ось y можем вывести:

.                                                                                                       (3)

Подставим значение N′ в выражение (2):

,

.

После интегрирования обеих частей выражения получим:

.

Постоянную С₂ определим из начальных условий: при t = 0 скорость    u_x ≈ u_с, отсюда С₂ = u_с.

Таким образом, формула для определения скорости горизонтального перемещения соломистой частицы по поверхности отвала имеет вид:

.                                                                     (4)

Соломистая частица будет перемещаться в зону щели при условии, что u_x > 0, или .

Преобразовав, будем иметь:

.                                                                                      (5)

Для анализа полученного неравенства (5) построим график функции     f (γ) = sin γ  f_c – cos γ, причем, исходя из конструктивных особенностей соломонаправителя, возьмем среднее значение f_c = 0,3 [5] и рассмотрим график функции на промежутке 0° < γ < 90°.

Из рисунка 3 видно, что функция f (γ) имеет отрицательные значения на промежутке 0° ≤ γ ≤ 73°, причем при γ = 0° f (γ) = - 1, и положительные значения на промежутке 74° ≤ γ ≤ 90°, причем при γ = 90°  f (γ) = f_c .

Рисунок 3. График функции f (γ) = 0,3 sin γ  – cos γ

Правая часть неравенства (5) – число положительное, т.е. . Таким образом, при γ > 73° возможность перемещения соломистой частицы в зону щели зависит от значения скорости соломонаправителя, силы сопротивления соломистой массы, ее массы и времени, в течение которого она движется по поверхности соломонаправителя.  При γ ≤ 73° неравенство (5) будет верным, т.е. соломистая частица перемещается в зону щели при любых значениях F_c, t, m и u_с .

Очевидно, что с уменьшением угла γ соломистая масса перемещается в область щели более интенсивно, однако при этом ширина захвата соломонаправителя сокращается.

Исходя из вышеизложенных соображений, угол установки соломонаправителя γ предлагается принимать в интервале 50…73°.

Литература

1. Патент на полезную модель № 53836 Кл: А 01 В 13/08. Комплексный почвообрабатывающий агрегат [Текст] / Ивженко С.А., Соколов В.Н., Ивженко А.С. и др. (RU); заявл. 15.06.2005; опубл. 10.06.2006. Бюл. № 6.
2. Патент на изобретение № 2318302 Кл: А 01 В 13/00. Почвообрабатывающепосевной агрегат [Текст] / Ивженко С.А., Тарасенко П.В., МарадудинА.М. и др. (RU); заявл. 27.03.2006;  опубл. 10.03.2008. Бюл. № 7.
3. Ивженко, С.А. Взаимодействие соломонаправителя с соломистой массой / С.А. Ивженко, А.М. Марадудин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 7. – С. 13-14.
4. Ивженко, С.А. Расчет оптимальных конструктивных параметров пассивного соломонаправителя / С.А. Ивженко, А.М. Марадудин // Материалы Международной научно-практической конференции: Сб. науч. тр. Ч. 2. – Саратов: Научная книга, 2009. – С. 249-251.
5. Красников, В.В. Подъемно-транспортные машины / В.В. Красников. – М.: Колос, 1981. – 263 с.
6. Леонтьев, А.А. Кинематическое исследование роторно-цепного питателя погрузчика картофеля [Текст] / А.А. Леонтьев, Р.Р. Хакимзянов // Вавиловские чтения: материалы Международной научно-практической конференции. – Саратов: Научная книга, 2010. – 408 с.
7. Хакимзянов, Р.Р. Теоретическое исследование влияния режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчика буртованных грузов на приводную мощность [Текст] / А.А. Леонтьев, Р.Р. Хакимзянов, В.С. Тюкалин // XV международная заочная научно-практическая конференция «Технические науки – от теории к практике»/ Новосибирск, 2012.
8. Ивженко, С.А. Совершенствование механизации предпосевного внесения гербицидов в почву [Текст] / С.А. Ивженко; Т.С. Байбулатов; А.В. Перетятько // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова.– Саратов. – 2010. – № 8. – С. 38-40.
9. Пат. на изобретение № 2386236 Российская Федерация, МПК A 01 С 7/20. Сошник [Текст] / Ивженко С.А., Перетятько А.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова». -  № 2008148356/12; заявл. 08.12.2008; опубл. 20.04.2010, Бюл. № 11.
10. Елисеев, М.С. Теория обоснования параметров зерноочистительной установки [Текст] / М.С. Елисеев; М.Г. Загоруйко; А.А. Алманов // Техника в сельском хозяйстве. – 2005. – № 5. – С. 36-38.
11. Соловьев, Д.А. Алгоритм моделирования технологий и составления технологических комплексов машин [Текст] / Д.А. Соловьев, М.Г. Загоруйко, Д.Г. Горюнов и др. // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора Кобы В.Г. – Саратов: Издательство «КУБиК», 2011. – С. 215-216.

 

References

1. Patent na poleznuju model' № 53836 Kl: A 01 V 13/08. Kompleksnyj pochvoobrabatyvajushhij agregat [Tekst] / Ivzhenko S.A., Sokolov V.N., Ivzhenko A.S. i dr. (RU); zajavl. 15.06.2005; opubl. 10.06.2006. Bjul. № 6.
2. Patent na izobretenie № 2318302 Kl: A 01 V 13/00. Pochvoobrabatyvajushheposevnoj agregat [Tekst] / Ivzhenko S.A., Tarasenko P.V., Maradudin A.M. i dr.(RU); zajavl. 27.03.2006; opubl. 10.03.2008. Bjul. № 7.
3. Ivzhenko, S.A. Vzaimodejstvie solomonapravitelja s solomistoj massoj / S.A. Ivzhenko, A.M. Maradudin // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. – 2008. – № 7. – S. 13-14.
4. Ivzhenko, S.A. Raschet optimal'nyh konstruktivnyh parametrov passivnogo solomonapravitelja / S.A. Ivzhenko, A.M. Maradudin // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: Sb. nauch. tr. Ch. 2. – Saratov: Nauchnaja kniga, 2009. – S. 249-251.
5. Krasnikov, V.V. Podemno-transportnye mashiny / V.V. Krasnikov. – M.: Kolos, 1981. – 263 s.
6. Leont'ev, A.A. Kinematicheskoe issledovanie rotorno-cepnogo pitatelja pogruzchika kartofelja [Tekst] / A.A. Leont'ev, R.R. Hakimzjanov // Vavilovskie chtenija: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. – Saratov: Nauchnaja kniga, 2010. – 408 s.
7. Hakimzjanov, R.R. Teoreticheskoe issledovanie vlijanija rezhimnyh i konstruktivnyh parametrov rabochih organov pogruzchika burtovannyh gruzov na privodnuju moshhnost' [Tekst] / A.A. Leont'ev, R.R. Hakimzjanov, V.S. Tjukalin // XV mezhdunarodnaja zaochnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Tehnicheskie nauki – ot teorii k praktike»/ Novosibirsk, 2012.
8. Ivzhenko, S.A. Sovershenstvovanie mehanizacii predposevnogo vnesenija gerbicidov v pochvu [Tekst] / S.A. Ivzhenko; T.S. Bajbulatov; A.V. Peretjat'ko // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova.– Saratov. – 2010. – № 8. – S. 38-40.
9. Pat. na izobretenie № 2386236 Rossijskaja Federacija, MPK A 01 S 7/20. Soshnik [Tekst] / Ivzhenko S.A., Peretjat'ko A.V.; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO «Saratovskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet im. N.I. Vavilova». -  № 2008148356/12; zajavl. 08.12.2008; opubl. 20.04.2010, Bjul. № 11.
10. Eliseev, M.S. Teorija obosnovanija parametrov zernoochistitel'noj ustanovki [Tekst] / M.S. Eliseev; M.G. Zagorujko; A.A. Almanov // Tehnika v sel'skom hozjajstve. – 2005. – № 5. – S. 36-38.
11. Solov'ev, D.A. Algoritm modelirovanija tehnologij i sostavlenija tehnologicheskih kompleksov mashin [Tekst] / D.A. Solov'ev, M.G. Zagorujko, D.G. Gorjunov i dr. // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 80-letiju so dnja rozhdenija professora Koby V.G. – Saratov: Izdatel'stvo «KUBiK», 2011. – S. 215-216.