В.Я. Тимошенко кандидат технических наук, доцент,

М. М. Шубенок, ассистент, В.В. Ярош инженер, А.Н. Прокопеня инженер, Е. А. Хвоенок студент УО БГАТУ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены особенности работы почвообрабатывающих машин с дисковыми рабочими органами и предложен дисковый рабочий орган колебательного типа. Представлены теоретические зависимости параметров дискового рабочего органа при установке его на валу не перпендикулярно оси, а под острым углом.

Введение

Обработка почвы является наиболее энергоёмкой операцией возделывания сельскохозяйственных культур. Для поверхностной обработки полей и предпосевной подготовки почвы наряду с чизельными, всё более широкое применение находят почвообрабатывающие орудия с дисковыми рабочими органами. Конструкции их постоянно совершенствуются, как в плане снижения энергоемкости выполняемых технологических процессов, так и в плане повышения качества обработки почвы. В этой связи, рассматриваемые в статье вопросы актуальны.

Целью настоящей статьи является обоснование целесообразности разработки и применения дискового рабочего органа колебательного типа, обеспечивающего улучшение качества обработки почвы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Среди почвообрабатывающих машин большой удельный вес занимают машины с дисковыми рабочими органами. Это объясняется простотой их конструкции, более высокой технологической надежностью, способностью выполнения поверхностной обработки почвы, относительно низкой интенсивностью износа рабочих органов [1,2,3].

Диски обеспечивают интенсивное резание растительных остатков, находящихся на поверхности почвы, имеют низкую забиваемость ими, обеспечивают интенсивное крошение почвенного пласта и высокую проходимость в условиях наличия препятствий. Эти показатели являются результатом основного достоинства дискового рабочего органа — наличие постоянно обновляющейся рабочей поверхности. Это позволяет применять его на обработке полей засоренных пожнивными остатками, исключать залипание поверхности установкой чистиков, даёт возможность регулировки угла атаки и наклона к обрабатываемой поверхности и ряд других

Однако дисковым рабочим органам наряду с отмеченными достоинствами присущ ряд недостатков, основными из которых следует считать проблему с их заглублением на твёрдых почвах и недостаточное крошение почвы [1].

Одним из направлений их совершенствования является разработка дисковых рабочих органов колебательного типа, которые более эффективно воздействуют на почву и могут обеспечить качественное выполнение технологического процесса при существенном снижении его энергоемкости [1]. Для обеспечения колебательного движения диска применяется ряд способов, как, например, индивидуальная подвеска диска на S – образной стойке с использованием упругих элементов. Современные технические решения интенсификации почвообработки предусматривают применение дисковых рабочих органов с различными вибрационными и импульсными методами воздействия на почву.

Анализ используемых в почвообрабатывающих машинах дисков показывает, что в настоящее время применяются пять форм дисков. Наибольшее распространение в собственно почвообрабатывающих машинах получили сферические диски разных диаметров и радиусов кривизны, крепящихся на ступицах или осях.

Одним из недостатков дискового рабочего органа является трудность с заглублением его в почву, что требует балластирования орудия, которое сопровождается увеличением его сопротивления качению.

С целью более интенсивного измельчения пожнивных остатков, крошения почвы и их перемешивания многие зарубежные фирмы уделяют много внимания изменению формы дисков. Известны диски с рифленым и гофрированным лезвием, вырезные и т.п.

При этом, диски всех дисковых рабочих органов, как отечественных, так и зарубежных почвообрабатывающих машин устанавливаются на осях плоскостью вращения перпендикулярно. В результате каждый диск проделывает в почве канавку определенной ширины разрыхляя её, или вырезает некоторый объём почвы и выбрасывает его на поверхность.

На кафедре ЭМТП БГАТУ предложен дисковый рабочий орган колебательного типа (патент на изобретение №22082 от 27.04.2018) особенностью конструкции которого является установка плоского диска на оси вращения не перпендикулярно, а под острым углом. Такая установка диска вызывает его поперечное колебательное движение, в результате которого почва интенсивнее крошится и рыхлится, обеспечивая тем самым необходимое качество подготовки её к посеву

Колебательные движения диска не исключают необходимости установки их в несколько рядов для обеспечения требуемого качества обработки поверхности поля.

Рис. 1 — Дисковый рабочий орган почвообрабатывающей машины:
1 — плоский диск; 2 — левооборачивающая рабочая поверхность; 3 — правооборачивающая рабочая поверхность; 4 — ступица; 5 — осью вращения; β = 30° — угол атаки; α — острый угол к плоскости вращения диска; α + β — прямой угол к направлению движения.

Как видно из рисунка 1 предложенный дисковый рабочий орган имеет лево 2 – и право 3 оборачивающие рабочие поверхности, закрепленные на плоском диске 1, который имеет угол атаки β и установлен к оси вращения под углом α.

При поступательном движении орудия режущие кромки диска будут совершать колебательные движения влево и вправо, проделывая в почве канавку и интенсивно разрыхляя при этом верхний слой почвы.

Пренебрегая скольжением, движение данного диска может быть представлено как поступательно-колебательное движение.

Вначале рассмотрим движение диска ничтожно малой толщины (рис. 2) т. е. плоского диска, чтобы представить какую линию будет описывать воображаемый диск СС на поверхности почвы.

Рис. 2 — Схема для определения траектории движения диска:
D – диаметр диска, h – толщина диска, β – угол атаки.

Если точка О движется поступательно со скоростью V в направлении оси Оx, то за время t диск повернется на угол:

,

где – угловая скорость вращения диска;

n – число оборотов в единицу времени.

Тогда:

.

где D – диаметр диска,

— радиус диска.

Диск пройдет по поверхности почвы путь:

.

При этом, одновременно совершая колебательное движение вдоль оси Оy, он сместиться по ней на расстояние:

,

Откуда:

.

Т.е. линия, описываемая диском СС на почве выглядит, как показано на рисунке 3:

Рис. 3 – Линия, описываемая диском

Если диск имеет конечную толщину АВ=h, то он оставит борозду шириной hcosβ, края которой по глубине будут так же синусоидального вида.

.

где — амплитуда колебаний по глубине.

При этом точки А и В колеблются в противофазе.

На рисунке 3 представлен график перемещения плоского диска, когда ось его вращения с плоскостью вращения не перпендикулярны, а так же схемы траектории движения точки А. Из рисунка 1 видно, что плоскость вращения диска 1 отклонена от направления движения агрегата на угол 300 и жестко зафиксирована на оси. При поступательном движении диск 1 колеблется слева на право и справа на лево.

Рисунок 4 – Траектория движения точки при одном обороте диска (угол атаки β=30°):
p – глубина обработки почвы, D – диаметр диска, m – расстояние между наименьшей и наибольшей глубиной обработки, h – ширина обрабатываемого участка почвы, L – длина окружности.

Зная математическую зависимость движения диска определенной формы с определенными параметрами, на определенной глубине по поверхности обрабатываемого поля представляется возможным рассчитать параметры дискового почвообрабатывающего модуля с учетом его работы в конкретной машине в т.ч. число батарей дисков, расстояния между дисками на оси первой батареи, противофазы установки дисков на батареях следующих за дисками первого ряда и количество рядов дисков для обеспечения необходимого качества обработки почвы.

Заключение

1.Важнейшим преимуществом дисковых рабочих органов перед другими является наличие постоянно обновляющейся рабочей поверхности, что позволяет им перекатываться через препятствия без забивания и залипания и качественно подрезать и перерезать растительные и пожнивные остатки.

2. Нетрадиционная установка диска на оси его вращения — под острым углом плоскости вращения диска к оси, обеспечивает ему выполнение поперечных колебательных движений при поступательном движении почвообрабатывающего агрегата, что влечет дополнительное крошение и рыхление верхнего слоя почвы.

3.Представленная математическая зависимость траектории движения диска определенной формы с определенными параметрами, на определенной глубине по поверхности обрабатываемого поля позволяет рассчитать параметры автономного дискового почвообрабатывающего модуля, либо дополнение им конструкции другой машины.

4.Основными параметрами дискового модуля является число батарей дисков, расстояния между дисками на осях, противофазы установки дисков на батареях, следующих за дисками первого ряда, и количество рядов дисков для обеспечения необходимого качества обработки почвы

Список использованных источников

1. Сахапов Р. Л. Теоретические основы колебательных рабочих органов культиваторов. / Р. Л. Сахапов – Казань. : Издательство КФЭИ, 2001. – 194 с. 2. Бабицький Л.Ф. Біонічні напрями розробки ґрунтообробних машин. / Л.Ф. Бабицький – К. : Урожай, 1998. – 160 с.

2. Дубровский А. А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. / А.А. Дубровский – М. : Машиностроение, 1968. – 56 с.

3. Синеоков Г. Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов. – М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.

4.Пат. РБ, №22082 Дисковый рабочий орган почвообрабатывающей машины. В.Я. Тимошенко, В. В. Ярош, А. Н. Прокопеня.

5. В. Я. Тимошенко, П. Н. Логвинович, А. Н. Прокопеня, А. В. Нагорный. Методика определения основных параметров дискового рабочего органа