Снижение тягового сопротивления чизельных орудий

Актуальность. Инновационные технологии растениеводства, являющиеся основным источником продуктов питания человека, обладают значительной энергоёмкостью, имеющей возрастающую тенденцию. На данные технологии приходится до 85% всех энергетических затрат сельскохозяйственного производства, половина из которых приходится на почвообрабатывающие операции. Масштабы расхода топлива на почвообрабатывающие операции в РФ таковы, что снижение энергетических затрат на 1% позволяет экономить до 1,5 млн. тонн горюче смазочных материалов. Поэтому актуальным сегодня остается вопрос поиска способов снижения энергетических затрат при проведении почвообрабатывающих операций. В настоящее время предложены различные способы уменьшения сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих орудий: применение рабочих органов с улучшенными геометрическими характеристиками рабочих поверхностей; использование колебательных и вибрационных режимов работы рабочих секций; применение на рабочих поверхностях антифрикционных покрытий; оптимизация эксплуатационных параметров всего машинно-тракторного агрегата. В основу всех этих применяемых на практике мероприятий закладываются основы по изучению физико-механических и динамических характеристик обрабатываемого материала; характера механического воздействия на почвенный пласт различными видами деформаторов; математические модели, описывающие состояние эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов при различном характере их нагружения.

Объект. Объектом исследования является технологический процесс чизельной обработки почвы, технологические операции разрушения и перемещения почвенного пласта, напряженно-деформированное состояние пласта под действием чизельных рабочих органов с различными геометрическими характеристиками рабочей поверхности.

Материалы и методы. Теоретические методы исследования базируются на анализе и моделировании физических особенностях разрушения и перемещения почвенного пласта по поверхности рабочего органа. Экспериментальные исследования проводились на реальных объектах почвообрабатывающих орудий, оснащенных рабочими органами с различными геометрическими характеристиками рабочей поверхности, с применением стандартных методик.

Результаты и выводы. На основании моделирования процесса перемещения почвенной частицы по поверхности рабочего органа получено параболическое уравнение, которое может быть использовано при обосновании поверхности рабочего органа, обеспечивающей переменную деформацию почвенного пласта при его перемещении. Создана 3Д модель и натурный образец экспериментального рабочего органа чизельного плуга с улучшенными геометрическими характеристиками рабочей поверхности. Анализ результатов полевых исследований энергоемкости технологического процесса чизелевания почвы показал, что использование рабочих органов с улучшенными геометрическими характеристиками рабочей поверхности позволяет снизить общее тяговое сопротивление трактора на 6-9%. Отмечено, что эффективность применения экспериментальных рабочих органов снижается при увеличении скорости движения агрегата.

1. Борисенко И. Б., Пындак В. И., Новиков А. Е. Развитие чизельных почвообрабатывающих орудий и их теоретическое обоснование. Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2021. № 2. С. 12-19.

2. Борисенко И. Б., Сидоров А. Н., Мезникова М. В., Сытилин М. Н. Технологический процесс основной обработки как фактор ресурсосбережения при возделывании сельскохозяйственных культур. Оптимизация сельскохозяйственного землепользования и усиление экспортного потенциала АПК РФ на основе конвергентных технологий: материалы Международной научно-практической конференции. Волгоград, 2020. С. 112-118.

3. Бердышев В. Е., Цепляев А. Н., Шапров М. Н., Харлашин А. В., Седов А. В., Цепляев В. А., Борисенко И. Б. Теория и расчет технологических параметров сельскохозяйственных машин. Волгоград, 2018.

4. Ayadi Ibrahmi, Hatem Bentaher, Aref Maalej Soil-blade orientation effect on tillage forces determined by 3D finite element models Spanish. Journal of Agricultural Research. 2014. Pp. 941-951.

5. Barr J. B., Ucgul M., Desbiolles J. M. A., Fielke J. M. Simulating the effect of rake angle on narrow opener performance with the discrete element method. Biosystems Engineering. 2018. No 171. Pp. 1-15.

6. Новиков А. Е., Борисенко И. Б., Чамурлиев О. Г., Чамурлиев Г. О., Плющиков В. Г. Волновое разрушение закрытых почвогрунтов. Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн. 2018. С. 422-427.

7. Dzyuba O., Dzyuba A., Polyakov A., Volokh V., Antoshchenkov R., Mykhailov A. Studying the influence of structural-mode parameters on energy efficiency of the plough PLN-3-35. EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies. 2019. No 3 (1-99). Pp. 55-65.

8. Gabitov I., Mudarisov S., Gafurov I., Ableeva A., Negovora A., Davletshin M., Rakhimov Z., Khamaletdinov R., Martynov V., Yukhin G. Evaluation of the efficiency of mechanized technological processes of agricultural production. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. V. 13 (Specialissue10). Pp. 8338-8345.

9. Guerra A. J. T., Fullen M. A., Jorge M. D. C. O., Bezerra J. F. R., Shokr M. S. Slope processes, mass movement and soil erosion: A review. Pedosphere. 2017. V. 27. P. 2741.

10. Моторин В. А., Гапич Д. С. Концептуальная модель использования высокоуглеродистых сплавов при изготовлении деталей рабочих органов почвообрабатывающих орудий. Оптимизация сельскохозяйственного землепользования и усиление экспортного потенциала АПК РФ на основе конвергентных технологий: материалы Международной научно-практической конференции. Волгоград, 2020. С. 316-321.

11. Гапич Д. С., Моторин В. А., Новиков А. Е., Олейников Р. Н. Металлографические исследования легированной режущей кромки лемеха плуга. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 4 (60). С. 369-378.