ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛЕДА РОТАЦИОННОГО ЩЕЛЕВАТЕЛЯ С ПРЯМЫМИ ИГЛАМИ

Основная доля энергозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур приходится на механическую обработку почвы. В последние годы ведутся поиски замены традиционных технологий обработки новыми с целью сохранения и накопления плодородия почв. Наибольшее распространение получили почвозащитная, гребневая, щадящая, полосная и другие [3].

На уплотненной пашне одним из наиболее эффективных противоэрозионных приемов является щелевание [3]. Щелевание способствует сохранению структуры почвы, значительно уменьшает поверхностный сток весенних, ливневых и талых вод, поэтому улучшает аэрацию почв.

Разрабатываемый ротационный щелеватель имеет ось горизонтального вращения, рабочий орган для щелевания, рисунок 1, содержит из главного редуктора 1, присоединены две валы 4, под углом атаки a. Орудия имеет по 2 щелевателя с каждой стороны, которые установлены на валы 4, и закреплен подшипниками 5, и весь рабочий орган приводит движение ВОМ 6.

1 – редуктор; 2 – щелеватель; 3 – опорные колеса; 4 – валы; 5 – подшипники; 6 - ВОМ.

Рисунок 1. Кинематическая схема рабочего органа

Ротационный рабочий орган имеет горизонтальную ось вращения, плоскость его вращения отклонена поступательного движения на угол атаки a, исполнительные элементы перемещаются в почве на глубине h. В этом случае для описания траектории движения рыхлящего элемента можно использовать следующую систему уравнений [2]:

                                (1)

где x,y,z – координаты рассматриваемой точки М рыхлящего элемента в неподвижной прямоугольной системе координат OXYZ;

R – радиус вращения рыхлящего элемента;

θ – угол поворота радиуса от горизонтальной плоскости

i – коэффициент, характеризующей проскальзывания рабочего органа относительно дна борозды.

Рисунок 2. Схема взаимодействия рыхлящего элемента с почвой.

В точке А (рисунок 2) рыхлящей элемент заглубляется в почву, в глубину h, а в точке В выглубляется. Отрезок следа АВ = l и представляет длину образуемой борозды. Для определения её длины в формуле (1) Z = h, где h – глубина обработки почвы:

                                (2)

Из полученного выражения (2) найдем углы θ_А и θ_В:

                                     (3)

                                                (4)

Подставим значения θ_А и θ_В в формулы (1), определим координаты точек А(X_A; Y_A) и B(X_B; Y_B).

По известным данным координатам найдем длину борозды [1]

                          (5)

На основе формулы (5) для h = 22 см построены графики изменения длины борозды, приведенные на рисунке 3.

След борозды, образуемой ротационным щелевателем с увеличением радиуса рыхлящего элемента от 30 до 50 см уменшается до 20 % при углах атаки a = 5 - 10⁰. При более высоких углах атаки 15-20⁰ наблюдается рост длины борозды до 11%. При всех заключениях радиуса рыхляющего элемента с увеличением угла атаки происходит роста длины образуемой борозды от 14 до 54%. Наибольшее влияние на длину борозды оказывает коэффициент скольжения i. При i = 1,2 l изменяется в пределах 7-37 см. С уменьшением i до 0,8 длина борозды возрастает до 40-60 см, т.е. увеличивается в 2-5,7 раза.

Рисунок 3. Зависимость длины l борозды, образуемой ротационным элементом, от радиуса рыхлящего элемента R, угла атаки a.

Короткая длина борозды способствует снижению стока воды весной, а при обработке почвы в этом случае затраты энергии будут наименьшими. Следовательно, рациональными параметрами ротационного рыхлителя являются угол атаки, равный 5⁰, коэффициент скольжения – 1,2, радиус вращения – 35-45 см.

Список литературы

1. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике, «Астрель-АСТ», Москва, 2006. – 992 с.
2. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия [текст] / Ф.М. Канарев // М.: Машиностроение, 1983. – 142 с.
3. Мяло В.В. Обоснование параметров лопастного рабочего органа для щелевания почвы на склонах: диссертация, кандидата технических наук. - Омск, 2002.- 140 с.