Моделирование поверхности рабочего органа чизельного плуга

Актуальность. Вопросы моделирования рабочих поверхностей орудий для рыхления почвы остаются достаточно актуальными. Во главу исследования авторы работ в данном направлении ставили вопрос о сущности условий, обеспечивающих минимальное значение энергетических затрат при проведении рыхления почвы. К основным факторам, определяющих данное условие были отнесены: физико-механические характеристики обрабатываемого материала; скоростные режимы рыхления и резания почвы; триботехнические характеристики материалов, применяемых для изготовления рабочих органов, и, наконец, форма рабочей поверхности.
Основная часть теоретических разработок, касающихся теории клина и перемещения частиц почвы по исполнительным поверхностям рабочих органов почвообрабатывающих орудий посвящена анализу относительного движения частиц почвы. Объясняется это, прежде всего, классическим подходом к инвариантности движения обрабатываемого почвенного пласта и рабочего органа. Имеются отдельные теоретические выкладки, которые содержат элементы описания кинематики абсолютного движения частиц почвы в пространстве, но их изложение представлено не в полном объеме, и характерной особенностью таких выкладок является то, что они рассматривают, в основном, тот случай, когда частицы почвы совершают абсолютное движение по траекториям, нормальным к исполнительным поверхностям рабочих органов.
На основании проведенных исследований деформации почвенного пласта был сформулирован основной принцип взаимосвязи и взаимоперехода форм поверхностей рабочего органа «вогнутый профиль при переходе через прямолинейную форму должен сменяться выпуклым профилем, и наоборот. Формы поверхности образуются как сочетание формы продольного и формы поперечного профилей. Используя данный принцип, как критериальное условие, нами предлагается математическая модель описания поверхности рабочего органа чизельного плуга.

Объект. Объектом исследования является рабочий орган чизельного плуга, выполненный в виде долота.

Материалы и методы. Теоретические методы исследования базируются на анализе и моделировании физических особенностях разрушения и перемещения почвенного пласта по поверхности рабочего органа.

Результаты и выводы. Образующая кривая линия поверхности рабочего органа чизельного плуга получена путем сопряжения расчетных парабол, при условии, что они проходят через реперные точки, принадлежащих поверхности рабочего органа. В качестве первой реперной точки принята точка Р1, находящаяся на верхней границе долота в левой её части, координаты данной точки Р1 (0;24). Вторая реперная точка находится в зоне второго крепления долота к стойке орудия, координаты точки Р2 (80;12). Третья реперная точка находится на границе двух функциональных зон долота, рабочей зоны и зоны крепления. Положение точки Р3 определяется координатами Р3 (168;24). Положение четвертой реперной точки принято на носовой части долота. Данная точка определяет границы существования рабочего органа, её координаты Р4 (240;6). На основании параболической интерполяции аналитически заданных параболических линий получены параметрические уравнения образующей кривой и поверхность моделируемого рабочего органа.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

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

8. Ветохин В. И. Проектирование рыхлителей почвы на основе метода отображения рациональной деформации пласта. Тракторы и с/х машины. 1994. № 1. С. 21-24.

9. 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.

10. Васьков А. А., Дорохов А. С., Романенко В. Н. Применение методов начертательной геометрии для графического построения развертывающихся рабочих поверхностей плугов. Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина". 2012. № 1 (52). С. 42–44.

11. Васьков А. А., Дорохов А. С., Трушина Л. Н. Графическое построение рабочих поверхностей корпусов плугов. Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина". 2012. № 2 (53). С. 51-53.