ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СБОРА СОЛОМЫ С ПОВЕРХНОСТИ ПОЛЯ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ МУЛЬЧИРОВАНИИ

Марадудин А.М.¹, Загоруйко М.Г.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

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СБОРА СОЛОМЫ С ПОВЕРХНОСТИ ПОЛЯ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ МУЛЬЧИРОВАНИИ

Аннотация

В статье представлен расчет основных конструктивных параметров устройства активного типа для сбора соломы и направления ее в область щели при вертикальном мульчировании почвы.

Ключевые слова: шнек, солома, щелевание, мульчирование.

 

Maradudin A.M.¹, Zagoruiko M.G.², Leontyev A.A.³

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

THEORETICAL COMPUTATION OF THE DEVICE FOR COLLECTING THE STRAW FROM THE FIELD SURFACE DURING VERTICAL MULCHING

Abstract

The article presents the computation of basic design parameters of the active device type to collect straw and its direction in the region of the slit with vertical mulch.

Keywords: auger conveyers, straw mulches, subsoiling, mulching.

Одним из способов повышения эффективности накопления и сохранения влаги в почве является выполнение вертикального и горизонтального мульчирования ее растительными остатками. Данная технологическая операция нашла широкое применение как в нашей стране, так и за рубежом, являясь неотъемлемой составляющей технологии No-till.

В тоже время агрегаты и рабочие органы для выполнения горизонтального мульчирования почвы теоретически мало изучены. Учеными ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» была разработана конструкция нового почвообрабатывающепосевного агрегата на базе сеялки СКП-2,1 «Омичка», способного за один проход по полю выполнять целый ряд технологических операций, таких как предпосевная культивация, посев, внесение минеральных удобрений, щелевание почвы, заполнение щелей органическими и минеральными удобрениями и поверхностное послепосевное прикатывание [1].

а) б)

Рисунок 1 – Схема шнекового соломонаправителя:

а – вид сверху, б – вид сбоку (разрез).

Активный (шнековый) соломонаправитель, установленный на раме 1 (рисунок 1) почвообрабатывающепосевного агрегата, предназначен для сбора соломы с поверхности поля и направления ее в зону щели. Он содержит полуцилиндрический кожух 2 с выбросным окном 3 в средней его части и двумя боковинами 4, которые жестко крепятся к тягам 5, установленных на раме 1 с помощью подшипников 6 и имеющих регулировочные пружины 7 и ограничители 8, причем боковины 4 снабжены подшипниками 9, в которых установлен вал 10 с двумя шнеками 11, имеющими противоположные навивки, а на концах вала 10, выходящих за пределы боковин 4, жестко установлены приводные колеса 12 с почвозацепами 13, при этом в нижней передней части обреза полуцилиндрического кожуха 2 смонтирован валик 14 с жестко закрепленными на нем конусными пальцами 15 и приспособлением для изменения их угла наклона.

Аналогом данного устройства может служить пассивный соломонаправитель [2,3], имеющий более простую конструкцию, но в тоже время более низкую интенсивность подачи соломистой массы в область щели.

Так как привод активного соломонаправителя осуществляется от колес с почвозацепами, установленными на одном валу со шнеком, то частота вращения шнека будет равна частоте вращения колес и определится по формуле [7]:

,                                                                          (1)

где υ_к – скорость линейного перемещения приводного колеса, м/с;

D_к – диаметр приводного колеса.

Т.к. линейная скорость приводного колеса равна скорости соломонаправителя (υ_к = υ_с ), то выражение (1) примет вид:

.                                                                          (2)

Тогда угловая скорость шнека будет равна:

.                                                                            (3)

Средняя осевая скорость перемещения соломы в шнеке [4]:

,                                                            (4)

где R_ш – радиус винта шнека, м;

α – угол подъема винтовой линии, град.

,                                                                        (5)

где S_ш – шаг винтовой линии шнека, м.

Подставим значение ω_ш в формулу (4):

.                                                                 (6)

Проанализировав формулу (6), можно увидеть, что средняя осевая скорость перемещения соломы в шнеке находится в прямой зависимости от скорости движения соломонаправителя и конструктивных параметров шнека, а также в обратной зависимости от диаметра приводного колеса.

Рисунок 2 – График зависимости средней осевой скорости соломистой массы в шнеке от скорости соломонаправителя

Объем щели на длине 1м равен [11]:

,                                                                        (7)

где  s_а – путь, пройденный базовым агрегатом, м; s_а = 1м;

       b – ширина щели, м;

       h – глубина щели, м.

Принимаем движение агрегата равномерным и прямолинейным. Тогда путь, пройденный агрегатом, можно представить как произведение скорости агрегата на время его движения, т.е. .

Тогда на основе выражения (7) найдем объем щели, нарезанной агрегатом через определенное время t:

.                                                                     (8)

Объем соломы, необходимый для подачи в щель, определим по формуле:

,                                                                                (9)

где k – поправочный коэффициент, учитывающий уплотнение соломы при подаче в щель, а также ее потери при транспортировке.

Подставляя выражение (8) в (9), получим:

.                                                                (10)

Умножив объем соломы на ее плотность и разделив на время, найдем требуемую производительность шнекового соломонаправителя:

,                                                             (11)

где ρ_с – плотность соломы, кг/м³.

Производительность шнека можно также найти по формуле [5,6]:

,                                                   (12)

где К_ш – коэффициент, учитывающий заполнение межвиткового пространства, скорость движения и вид груза, другие факторы [5];

      ψ – отношение шага к диаметру шнека;

      ω_ш – угловая скорость винта шнека, м/с;

      D_ш – диаметр винта шнека, м.

Приравняем выражения (11) и (12):

,

.                                                       (13)

Подставим в формулу (13) значение угловой скорости шнека из выражения (3):

.                                               (14)

Так как скорость соломонаправителя равна скорости агрегата, т.е. υ_с = υ_а, то формулу (14) можно упростить:

.                                                           (15)

Из анализа выражения (15) следует, что значение диаметра шнека зависит от размерных характеристик почвенной щели (ширины и высоты), диаметра приводного колеса и конструктивных параметров самого шнека.

Рабочая скорость агрегата, а, значит, и соломонаправителя не превышает 2,5 м/с [1], диаметр приводного колеса, исходя из конструктивных соображений, находится в пределах 0,3…0,5 м. Тогда частота вращения шнека будет находиться в пределах n_ш = 57…160 мин^-1, а угловая скорость ω_ш = 10…16,7 с^-1.

Условие работы быстроходного шнека [5]:      ,           (16)

где m_с – масса соломистой массы, кг.

Разделив неравенство (15) на m_с и преобразовав его, получим:

.                                                                                   (17)

Подставив средние значения в формулу (15), найдем диаметр шнека D_ш ≈ 0,4 м. Тогда правая часть неравенства (17) будет равна ≈ 7с^-1. Отсюда можно сделать вывод, что наш соломонаправитель будет работать как быстроходный шнек, так как неравенство (17) выполняется.

Таким образом, теоретически обоснованы основные конструктивные параметры и кинематические характеристики соломонаправителя, а именно определена его потребная производительность, диаметр и тип шнека, а также средняя осевая скорость перемещения соломы внутри шнека.

 

Литература

1. Пат. 2318302 Российская Федерация, МПК A 01 B 13/00, А 01 С 7/00. Почвообрабатывающепосевной агрегат [Текст] / Ивженко С.А., Тарасенко П.В., Марадудин А.М. и др.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова». -  № 2006109656/12; заявл. 27.03.2006; опубл. 10.03.2008, Бюл. № 7. – 12 с.
2. Ивженко, С.А. Взаимодействие соломонаправителя с соломистой массой [Текст]  / С.А. Ивженко, А.М. Марадудин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 7. – С. 13-14.
3. Ивженко, С.А. Расчет оптимальных конструктивных параметров пассивного соломонаправителя [Текст] / С.А. Ивженко, А.М. Марадудин // Материалы Международной научно-практической конференции: сб. научных трудов. – Саратов: Научная книга, 2009. – С. 249-251.
4. Григорьев, А.М. Винтовые конвейеры [Текст] / А.М. Григорьев – М.: Машиностроение, 1972. – 184 с.
5. Ерохин, М.Н. Проектирование и расчет подъемно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / М.Н. Ерохин, А.В. Карп, Н.А. Выскребенцев и др. – М.: Колос, 1999. – 228 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. Ивженко, С.А. Определение зоны воздействия гербицидов при подпочвенном их внесении [Текст] / С.А. Ивженко; Т.С. Байбулатов; А.В. Перетятько // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова.– Саратов, 2010. – № 8. – С. 41-43.
10. 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.
11. Елисеев, М.С. Теория обоснования параметров зерноочистительной установки [Текст] / М.С. Елисеев; М.Г. Загоруйко; А.А. Алманов // Техника в сельском хозяйстве. – – № 5. – С. 36-38.
12. 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. Pat. 2318302 Rossijskaja Federacija, MPK A 01 B 13/00, A 01 S 7/00. Pochvoobrabatyvajushheposevnoj agregat [Tekst] / Ivzhenko S.A., Tarasenko P.V., Maradudin A.M. i dr.; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO «Saratovskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet im. N.I. Vavilova». -  № 2006109656/12; zajavl. 27.03.2006; opubl. 10.03.2008, Bjul. № 7. – 12 s.
2. Ivzhenko, S.A. Vzaimodejstvie solomonapravitelja s solomistoj massoj [Tekst] / S.A. Ivzhenko, A.M. Maradudin // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. – 2008. – № 7. – S. 13-14.
3. Ivzhenko, S.A. Raschet optimal'nyh konstruktivnyh parametrov passivnogo solomonapravitelja [Tekst] / S.A. Ivzhenko, A.M. Maradudin // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: sb. nauchnyh trudov. – Saratov: Nauchnaja kniga, 2009. – S. 249-251.
4. Grigor'ev, A.M. Vintovye konvejery [Tekst] / A.M. Grigor'ev – M.: Mashinostroenie, 1972. – 184 s.
5. Erohin, M.N. Proektirovanie i raschet podemno-transportirujushhih mashin sel'skohozjajstvennogo naznachenija [Tekst] / M.N. Erohin, A.V. Karp, N.A. Vyskrebencev i dr. – M.: Kolos, 1999. – 228 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. Ivzhenko, S.A. Opredelenie zony vozdejstvija gerbicidov pri podpochvennom ih vnesenii [Tekst] / S.A. Ivzhenko; T.S. Bajbulatov; A.V. Peretjat'ko // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova.– Saratov, 2010. – № 8. – S. 41-43.
10. 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.
11. 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.
12. 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.