Отраслевое машиностроение-3

К. ф.-м. н. Андреев А.А.

Аспирант Корчак Н.Н.

Аспирант^* Пустовит С.В.

Аспирант^* Миненко С.В.

Подольский государственный аграрно-технический университет, Украина

Житомирский Национальный аграрно-экологический университет

Высокочастотные вибрационные технологии в земледелии как экологически чистые

Современное земледелие неминуемо включает усовершенствование существующих технологий, модификации существующих рабочих органов, а также разработку и внедрение принципиально новых рабочих органов. Новые технологии и новые рабочие органы для их реализации определённым образом влияют на почву, и это влияние на первых порах мало изучено и может привести к самым неожиданным последствиям. Эти последствия могут быть как положительными (ожидаемыми), так и неожиданными, то есть такими, которые начинают проявляться при увеличении эффектов, неучтённых при конструировании рабочих органов.

Одним из проявлений неучтённых эффектов является изменение параметров почвы, которые могут быть нежелательными. Иными словами, новые технологии могут быть экологически опасными [1]. Именно поэтому экологическая оценка состояния почвы при использовании новых технологий на сегодняшний день занимает одно из первых мест.

Для примера можно рассмотреть внедрение в земледелие высокочастотных вибрационных технологий, которые имеют чрезвычайно широкий спектр функциональных возможностей [2]. Для реализации этих возможностей разработана целая группа почвообрабатывающих устройств.

При использовании пассивных рабочих органов образуется большая весовая часть пылевой фракции, особенно при обработке сухой почвы (южные районы Украины). Пылевая фракция почти равномерно распределяется по высоте пахотного слоя, в том числе и на поверхности. Это приводит к ярко выраженной тенденции появления воздушной (особенно на равнинах), или водной эрозии на склонах. Статистические данные по выходу почвы из севооборота вследствии эрозии на Украине или не велись, или до теперь остаются закрытыми.

Особенную актуальность приобретает эта проблема при внедрении в земледелие активных рабочих органов, которые взаимодействуют с почвенными макроагрегатами со скоростями, превышающими параметрами агротребований [3]. Это увеличивает тенденцию появления эрозии на порядок. По всей видимости, это является главной причиной того, что внедрение активных рабочих органов осуществляется довольно медленно и со значительными ограничениями.

Понятно, что особенную актуальность приобретает экологический анализ при внедрении высокочастотных вибрационных технологий. Устройства для реализации этих технологий несут название квазиактивных рабочих органов (КАРО). Характерной особенностью КАРО есть то, что они изготовляются конструктивно как пассивные, но выполняют в почве колебательные движения без специального привода (то есть работают как активные). Колебательные движения КАРО возбуждаются при их поступательном движении в почве [4]. Это фрикционные автоколебания, которые в свою очередь возбуждают:

– продольные собственные и вынужденные колебания;

– поперечные собственные и вынужденные колебания;

– поперечные параметрические колебания;

– крутильные колебания;

– кармановские колебания.

Понятно, что эти колебания свойственны и пассивным рабочим органам, но в этом случае их амплитудно-частотный спектр не спасобствует активному влиянию на почву и появление новых технологий, которые бы использовали эти колебания было маловероятным (за редким исключением [5,6]).

Рассмотрим влияния КАРО на почву. Приближаясь к почвенному макроагрегату, рабочая поверхность КАРО передаёт ему энергию упругих колебаний, которые, во-первых, передаются в его объеме в виде акустической волны, а во-вторых, уничтожает фрактальную структуру поверхности макроагрегата, образуя пылевую фракцию (рис.1).

Рис. 1. Схематическое изображение влияния КАРО (1) на почвенный макроагрегат (2)

Волны, отражаясь от противоположной стороны макроагрегата, интерферируют с прямой волной, образуя стоячую волну. Вдоль поверхностей интерференционных экстремумов образуются микротрещины и макроагрегат разрушается. Дальнейшее поступательное движение КАРО приводит к образованию кипящего слоя [7], характерной особенностью которого является то, что в зоне кипящего слоя осуществляется активное перераспределение частиц различных размеров по глубине – пылевая фракция оседает в нижние слои (рис. 2).

Рис. 2. Качественная зависимость распределения частиц размера r по глубине у пахотного слоя

Понятно, что опасность возникновения эрозии уменьшается. Следовательно КАРО можно рассматривать как экологически чистые (помимо целого ряда других положительных качеств КАРО).

Литература:

1. Андреєв О.А. Екологічні аспекти впровадження нових технологій // Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції “Екологічна освіта та виховання учнівської молоді”. – Кам'янець-Подільський. – 1998. – С.21 – 22.

2. Андреев А.А. Теоретические основы внедрения вибрационных технологий в земледелии // Труды III Международной научно-технической конференции “Вибрации в технологиях”. – Евпатория. – 1998. – С.20 – 22.

3. Заява на видачу патенту України на винахід № 1584371. Вирівнювальний антиерозійно-екологічний ґрунтообробний пристрій / Корчак М.М., Андреєв О.А. (Україна). – № а 2008 13575; Заяв. 24.11.2008р.

4. Андреев А.А. Самовозбуждение робочих органов почвообрабатывающих устройств при их движении в неоднородной среде // Сб. трудов Межд. научной конференции “Приборостроение – 2000”, – МГТУ им. Н.М. Баумана. – Калуга – Симеиз. – 2000. – С.175 – 180.

5. Андреєв О.А. Динаміка робочих органів з пружною підвіскою // Вісник с/г наук. – №3, 1985. – С.70 – 72.

6. Андреев А.А., Катеринчук Н.А. Динамические свойства радиальной стойки вильчатого копача // Технические культуры. – №6, 1984. – 30с.

7. Андреєв О.А., Якименко А.С. Структуротворення ґрунту з використанням вібруючих елементів // Вчені-аграрники – с/г виробництву. Зб. наук. Робіт. – Чернівці. – 1993. – С.40 – 43.