Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov
Russian Federation
Russian Federation
Voronezh, Russian Federation
Works on creation of new and modernization of existing aggregates and combined machines are carried out both in Russia and abroad. The leading role in them is given to reducing energy consumption and increasing the quality of soil tillage. Huge variety of climatic and soil conditions dictate to designers their own rules for creation of modern aggregates and machines. Existing machines cope with the set tasks quite well, but works on their improvement should be continued. This requires from researchers the manifestation of new design and scientific solutions. The scientific novelty consists in the development of a new design of the frame of a tillage implement with interchangeable modular working bodies, as well as in the determination of qualitative and energy indicators of the unit operation. The purpose of research is to determine the traction resistance of combined tillage tool in field conditions depending on the design and technological parameters of modular working bodies. The strain gauge method was used in the field research. When processing the data of field experiments, the maximum traction resistance for two disk plow working bodies reached the value Fxyz = 5013.20 N, for a pair of disk batteries - Fxyz = 3135.82 N, for two knife rollers - Fxyz = 5337.81 N. On the basis of the obtained experimental data it is possible to design combined aggregates consisting of several types of working tools. In this case, the selection of implements will be carried out based on the tractor traction class. For a certain class of tractor it will be possible to select a certain combination of working tools with the required design and technological parameters. Such combinations will further improve the quality and efficiency of soil tillage and reduce fuel consumption during work.
strain gauge station ZET 058, disk implements, knife rollers, tillage implements, traction resistance of implements, cuttings, combined machines
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. Ushakov A.E., Egipko S.V. Razrabotka tenzometricheskoj naveski dlja provedenija polevyh ispytanij pochvoobrabatyvajushhih mashin [Development of a strain gauge attachment for field testing of reclamation ma-chines]. Transportnoe, gornoe i stroitel'noe mashinostroenie: nauka i proizvodstvo = Transportation, mining and con-struction engineering: science and production, 2023; 22: 42-49. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.26160/2658-3305-2023-22-42-49.
2. Malyukov S. V., Pozdnyakov E. V., Shavkov M. V., Petkov A. F., Shanin I. I., Bolgov A. V. Analiz sov-remennyh konstrukcij kombinirovannyh pochvoobrabatyvajushhih mashin i agregatov [Analysis of modern designs of combined tillage machines and units]. Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie = Proceedings of lower Volga agro-university complex: science and higher education, 2023; 2(70): 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 uncompac-tion 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. Suchkov D. K., Potashkina Yu. N. Agrotehnicheskij uhod za lesnymi kul'turami: cel', sroki i chislo uhodov [Agrotechnical care for forest crops: purpose, timing and number of care]. Promyshlennost i selskoe hozjajstvo = In-dustry and agriculture, 2020; 9(26): 28-35. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44073255&ysclid=llaz91t2mv34353766.
8. Lisunov O. V., Boginya M. V., Vasiliev A. A., Oleynikova E. N. Issledovanie vlijanija parametrov rabochih organov i rezhimov raboty kul'tivatora modul'nogo tipa na kachestvo poverhnostnoj obrabotki pochvy [Study of the influence of the parameters of working bodies and operating modes of a modular cultivator on the quality of surface tillage]. Vestnik Uljanovskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii = Bulletin of the Ulyanovsk State Agri-cultural Academy, 2023; 1 (61): 190-196. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18286/1816-4501-2023-1-190-196
9. Malyukov S. V., Pozdnyakov E. V., Degtyareva S. I., Shavkov M. V., Malyukova M. A., Shanin I. I., Ariko S. E. Jekspluatacija pochvoobrabatyvajushhih orudij v uslovijah neraskorchevannyh vyrubok evropejskoj chasti ros-sii: analiz prepjatstvij v vide pnej i kornej [Operation of soil-cultivating implements in conditions of non-uprooted clearings in the European part of Russia: analysis of obstacles in the form of stumps and roots]. Lesotekhnicheskii zhurnal = Forestry Engineering journal, 2022; 4 (48): 96-113. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.4/7
10. Grigoriev I. V., Kunitskaya O. A., Rudov S. E., Davtyan A. B. Puti povyshenija jeffektivnosti raboty lesnyh mashin [Ways to improve the efficiency of forest machines]. Jenergija: jekonomika, tehnika, jekologija = Energy: eco-nomics, technology, ecology, 2020; 1: 55-63. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.7868/S0233361920010085.
11. Boikov V. M., Startsev S. V., Vorotnikov I. L., Narushev V. B. Klassifikacija mashin dlja polosovoj tehnologii obrabotki pochvy [Classification of machines for strip technology of tillage]. Agrarnyj nauchnyj zhurnal = Agrarian scientific journal, 2020; 5: 72-76. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2020i5pp72-76
12. Dogeev G. D., Khalilov M. B. Resursosberegajushhie vlagonakopitel'nye agropriemy i mashiny [Resource-saving moisture-accumulating agricultural techniques and machines]. Problemy razvitija APK regiona = Problems of development of the regional agro-industrial complex, 2021; 1 (45): 43-50. (In Russ.). 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 Forestry, 2020; 13(6): 531-540. DOI: https://doi.org/10.3832/ifor3371-013
14. Zhuk A. F., Khalilov M. B., Abdulnatipov M. G. Tehnologii, priemy i tehnicheskie sredstva dlja re-sursosberegajushhej obrabotki pochvy [Technologies, techniques and technical means for resource-saving tillage]. Problemy razvitija APK regiona = Problems of development of the agro-industrial complex of the region, 2020; 4(44): 52-58. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15217/issn2079-0996.2020.3.52
15. Radnaev D. N., Dambaeva B. E. Povyshenie jeffektivnosti raboty kombinirovannyh mashin i kompleksov [Improving the efficiency of combined machines and complexes]. Vestnik VSGUTU = Bulletin of the ESSTU, 2021; 1(80): 55-60. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44874751&ysclid=llay1qq5oc976265711.
16. Yakhin S. M., Aliakberov I. I., Nuriyev L. M., Yarullin F. F. Kinematika igol'chatogo jellipsovidnogo diska rotacionnogo pochvoobrabatyvajushhego orudija [Kinematics of a needle-shaped elliptical disk of a rotary tillage implement]. Tehnika i oborudovanie dlja sela = Machinery and equipment for the village, 2020; 2 (272): 12-15. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2020-2-12-15
17. Khalilov M. B., Khalilova K. M., Khalilova M. M. Sravnitel'naja ocenka priemov i mashin dlja obrabotki pochvy [Comparative evaluation of techniques and machines for tillage]. Izvestija Dagestanskogo GAU = Proceedings of the Dagestan State Agrarian University, 2022; 3(15): 37-43. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49514137&ysclid=llay4og2pc154486540.
18. Tarasenko B. F., Rudnev S. G., Drobot V. A. Universal'nyj pochvoobrabatyvajushhij agregat dlja ma-lozemel'nyh fermerskih hozjajstv [Universal tillage unit for small-scale farms]. Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Polythematic online electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University, 2021; 174: 113-129. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21515/1990-4665-174-012
19. Malyukov S. V., Lysych M. N., Buhtoyarov L. D., Pozdnyakov E. V., Gnusov M. A., Shavkov M. V., Petkov A. F. Analiz diskovyh rabochih organov lesnyh pochvoobrabatyvayushchih orudij. [Analysis of disk working bodies of forest soil-cultivating implements]. Lesotekhnicheskii zhurnal = Forestry Engineering journal, 2023; 2 (50): 128-141. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.2/7
20. Malyukov S. V., Bukhtoyarov L. D., Lysych M. N., Shavkov M. V., Pozdnyakov E. V., Petkov A. F. Metod dinamiki chastic: modelirovanie kombinirovannogo pochvoobrabatyvajushhego orudija, primenjaemogo pri lesovosstanovlenii i zashhite lesa [Particle dynamics method: simulation of a combined tillage tool used in reforesta-tion and forest protection]. Izvestija Sankt-Peterburgskoj lesotehnicheskoj akademii = Proceedings of the St. Petersburg Forestry Academy, 2023; 245: 215-234. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.245.215-234
