Иманбаев Калас Кенесбаевич

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата

ОБОСНОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЭЛЕМЕНТА ПОЧВЫ ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАНИЯ РЫХЛЯТЕЛЯ И БОРОНЫ

При разработке конструкции на уплотненных почвах многие исследователи в зависимости от технологии возделывания с/х культур агрегатируют различных рабочие органы. При этом недостаточно используют потенциал мощностных характеристик энергомашин. Для решения вопроса об рациональном агрегатированием разработана конструкция комбинированной почвообрабатывающей машины, которая агрегатирует объёмный рыхлитель вместе с прицепной бороной БДТ-3. Такое агрегатирование позволяет минимизировать энергозатраты в технологии за счет исключение других операций.

Объёмный рыхлитель представляет собой сложную систему, состоящую из m параметров рабочего органа и числа одновременно изменяемых параметров n. Например, при m=5. n=2 число вариации рабочих органов равно 10, а при m=5. n=1 число вариации равно 5, и т.д.

Метод вариации параметров орудий позволяет создать большое количество моделей комбинированных орудий, эффективность которых можно определить при проведении сравнительных испытаний.

Однако, с точки зрения экономии ресурсов предложенный вариант комбинации рыхлителя и зубовой бороной позволяет разработать технологию разуплотнения плужной подошвы и одновременно разделывать пласт после объёмного рыхлителя и выравнивать поверхность поля.

Схемы агрегатирования в зависимости от условиях эксплуатации могут быть:

- симметричными и асимметричным;

- со смещением рабочего органа объёмного рыхлителя вправо с добавлениям слева других орудий, например, дисковых борон при работе на задернованных и заслонных почвах;

- с двухкорпусным симметричным расположением рабочих органов рыхлителя и возможностью изменения расстояния между ними.

Наиболее приемлемой считается схема агрегатирования объёмных рыхлителей V-образной формы с прицепной бороной БДТ -3 (рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема агрегатирования рыхлителя и бороны

1-рыхлитель, 2-борона

Выбор схемы агрегатирования базового трактора с орудиями для глубокой мелиоративной обработки во многом определяют силы, действующие на рабочие органы агрегата.

Общеизвестно, что на орудие действует следующие силы:

Внешние – силы сопротивление рыхление, силы инерции почвы.

- сопротивление прикатыванию.

- силы трения.

Внутренние – сила тяжести комбинированного агрегата.

- сила инерции орудия.

Силы сопротивление рыхлению можно подразделить на поверхностные, на границе двух тел и массовые (объемные) силы (силы инерции, силы тяжести).

Для расчета сопротивления комбинированного почвоагрегата воспользуемся традиционной формулой В.П. Горячкинa:

R=kF+τS+εFV² (1)

где:

k - удельное сопротивление почвы рыхлению и разбивке пласта:

F - площадь сечение борозды рыхлителя и площадь сечение дисковой бороной;

V - рабочая скорость агрегата;

t - касательные напряжения почвы при её движении между стойками рыхлителя;

S - поверхность контакта почвы по периметру рыхлителя и бороны.

В исследованиях [1] рекомендуется принимать значения ε=1100-1200 кг/м³; к=12-20кН/м² ; τ=5-10 кН/м².

Опытными данными установлено, что в балансе сил сопротивления почвы инерционные силы достигают 20-25% применительно к объёмным рыхлителям. В абсолютных значениях примерно они равны 1000-1500 Н при глубине хода 0,5 м и скорости агрегата до 10 км/час.

Формула (1) может служить дальнейшем развитием рациональной формулы В.П. Горячкина. Последний член этой формулы, по мнению исследователей [2], может быть представлен в виде произведения массы движущейся почвы между стоиками рыхлителя и зубовой бороны на ее ускорения. В этом случае большое значения приобретает изучение динамики разрыхления и выравнивания почвы при прохождении между зубьями бороны и стойками рыхлителя, а также сил, действующих на элемента почвы в данном пространстве.

Динамики почвы и её элементов представляет собой модель взаимодействия рыхлителя, затем бороны как показано на рисунке 1. Если представить, что на элемент почвы воздействуют между наклонными стойками и дисковыми боронами следующие поверхностные и массовые силы, тогда сила давления Р может быть равна

P∂1= σx ∆y ∆ z – на входном потоке (2)

P∂2=[ σx+(d σx /dx)∆dx] ∆y ∆z – на выходном потоке (3)

Тогда в силы инерции добавляется ускорения массовых сил по осями Х,У.

Ускорение массовых сил дополнительно происходит за счет массы самой бороны и определяется при направлении скорости тел. Вектор скорости можно представить в следующем виде:

→

V=Vexp (i φv), (4)

где:

V - модель скорости,

φv -аргумент вектора V.

ί -комплексное число участвующих в исследовании.

Проекции ускорения массовых сил комбинированного агрегата есть мнимая часть вектора V и действительная часть вектора У=Vy

Элемент почвы объемного рыхлителя и бороны в пространстве по координатам X, У, Z может перемещаться по кривой.

В данном случае облегчается устойчивое ускорение φ а в случае прямолинейного движение элемента почвы между стойками и между дисками возникает ускорение φ=0, ускорение вектора V будет действовать тогда вдоль оси вектора скорости V. Данное утверждение отражено в трудах В.П.Горячкина [2]. Имеется в виду большой удельный вес в балансе сил. При достаточном знании этих элементов почвы можно конструировать орудия, обеспечивающие требуемые агротехникой качественную обработку почвы.

Таким образом, можно установить между H и V некоторую зависимость в виде функции:

H=f(V) (5)

Предварительный анализ динамики элемента почвы в зависимости от скорости (V) показывает, что увеличение скорости агрегата приводит к увеличению расстоянии (H) установки плуга от рыхлителя и для этого необходимо знать внутренние сопротивления почвы сдвигу так называемую касательную τ напряжений от нормального давления Рk.

Общеизвестно, что плотность почвы ρ может изменятся в пределах 900-1300 кг/м³. Во всех рассмотренных случаях получена линейная зависимость сопротивления почвы сдвигу от нормального давления, что подтверждается зависимостью

τ=σtg ψ + φсц (6)

где:

ψ - угол внутреннего трения;

σ - нормальные напряжение;

φ - коэффициент сцепления почвы с долотом рыхлителя в момент прохождения между стойками.

Коэффициент внутреннего трения ψ практически не изменяется для всех рассматриваемых случаев. Однако коэффициенты сцепления φсц отличаются друг от друга в зависимости от влажности почвы φсц =f(W), в то же время сцепление почвенных частиц меньше там, где меньше плотность почвы.

Исходя из вышеуказанного, следует, что расстояние установки плуга от рыхлителя может быть выражено функцией

H=f(V,W, ρ ,φсц ) (7)

Полученная зависимость (7) показывает, что отброс частиц почвы после прохождения между стойками рыхлителя – не только функция скорости V агрегата, но и зависимость влажности почв W, плотности почв ρ и коэффициента сцепления φсц. Исходя из этого, при составлении модели, где критерием выступает расстояние Н, следует исследовать и внутренние сдвиги и напряжения почвы.

Литература:

1. Казаков В.С. Указания по эксплуатации мелиоративного рыхлителя РГ-0,8А в нечерноземной зоне РСФСР- М НИИГиМ, 1989.

2. Горячкин В.П. Сочинение . 3-том – М, 1968.